[發(fā)明專利]一種高電壓鋰離子正極材料鎳錳酸鋰的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110345233.1
• 申請(qǐng)日: 2011-11-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102386394A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號(hào): H01M4/525
• 分類號(hào): H01M4/525;H01M4/505
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子正極材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高電壓鋰離子電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，特別是涉及一種合成5V鋰離子正極材料的共沉淀-結(jié)晶水熱法。??

背景技術(shù)

為了緩解石油資源緊缺，環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，發(fā)展電動(dòng)汽車被認(rèn)為是解決這些問(wèn)題最有效方法之一。但長(zhǎng)期以來(lái)，作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展極大的限制了電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化。鋰離子電池以其高比能量、長(zhǎng)壽命、易于設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是下一代的動(dòng)力電池。總體而言，動(dòng)力電池要求具有高安全性，高能量和高功率密度，耐受深循環(huán)以及高倍率放電，能量效率高，成本和價(jià)格適中等特點(diǎn)。在相同成本情況下，純電動(dòng)車(EV,?Electric?vehicles)傾向于兼顧大能量密度和大功率電池系統(tǒng)，而混合動(dòng)力車(HEV,?Hybrid?electricvehicles)更傾向于大功率電池系統(tǒng)。鋰電動(dòng)車發(fā)展的最終目標(biāo)是純電動(dòng)車，混合動(dòng)力車僅是過(guò)渡產(chǎn)品，因此，高比能量鋰離子電池在EV上具有巨大的優(yōu)勢(shì)。

隨著電池制備工藝技術(shù)的不斷完善，目前要達(dá)到高比能量動(dòng)力鋰離子電池的要求，正極材料成為人們研究的重要方向。鋰離子電池常用的正極材料有LiCoO₂、LiNiO₂、Li-Ni-Co-M-O三元材料，這些材料容量高，但熱穩(wěn)定性較差，作為動(dòng)力電池材料，存在安全隱患。目前，具有良好熱穩(wěn)定性的正極材料有LiMn₂O₄和LiFePO₄等，其中LiMn₂O₄的動(dòng)力電池已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于北京的純電動(dòng)公交車上。高電壓的正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄由于能夠大幅提高電池的能量密度，引起人們關(guān)注。LiNi_0.5Mn_1.5O₄的電壓平臺(tái)在4.7V左右，理論比容量為146.7mAh/g。

目前，合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料方法主要有固相法和液相法兩種。固相法雖然操作簡(jiǎn)單，容易量產(chǎn)化，但是對(duì)于合成多元材料，反應(yīng)物混合不均勻，材料組分偏離化學(xué)計(jì)量比，容易形成雜相。在合成溫度高于650℃時(shí)，LiNi_0.5Mn_1.5O₄容易產(chǎn)生氧缺陷，導(dǎo)致出現(xiàn)雜質(zhì)相。共沉淀法是液相法中容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的一種合成方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)分子水平的均勻混合。因此，共沉淀-高溫固相法逐漸成為合成多元材料的重要方法。這種方法會(huì)先獲得均相前軀體，再將前軀體燒結(jié)，形成LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。但是均相前軀體與鋰鹽混合后再高溫煅燒的過(guò)程中也可能由于混合不完全而造成產(chǎn)物相不純。

因此，亟待開(kāi)發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成本低廉的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高電壓鋰離子電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，即共沉淀-結(jié)晶水熱法。該工藝采用共沉淀法得到組分均一的前軀體，并利用反應(yīng)物所帶的結(jié)晶水或反應(yīng)產(chǎn)生的水在反應(yīng)釜內(nèi)產(chǎn)生水蒸氣高壓環(huán)境，對(duì)前軀體預(yù)處理，從而降低反應(yīng)所需溫度，制得性能優(yōu)越的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，且該工藝操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，易于大規(guī)模生產(chǎn)。?

?為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種高電壓鋰離子正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，該方法包含以下具體步驟：

????步驟1，按照化學(xué)計(jì)量式稱量錳鹽和鎳鹽，溶于去離子水，制成含鎳錳的混合溶液；

步驟2，將碳酸鹽溶于去離子水中制成沉淀劑溶液；

???????步驟3，將上述沉淀劑溶液緩慢滴加到含鎳錳的混合溶液中，控制pH值8~10，控制溫度40~100℃得到含鎳錳的沉淀；

????步驟4，將上述沉淀在500℃~800℃下煅燒5~15h得到含鎳的錳氧化物；

????步驟5，將含鎳的錳氧化物與氫氧化鋰按比例充分混合均勻后，放入反應(yīng)釜中在140℃~200℃溫度下反應(yīng)15~25h，得到反應(yīng)前軀體；

步驟6，將上述反應(yīng)前軀體在600℃~900℃煅燒10~20h，得到高電壓鎳錳酸鋰材料。

上述的高電壓鋰離子正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，其中，所述的錳鹽為硫酸錳、硝酸錳和醋酸錳中的任意一種以上。