[發明專利]一種濃度漸變的球形富鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210361787.5
• 申請日: 2012-09-22
• 公開（公告）號: CN102891309A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 王先友;楊秀康;鄒貴山;胡亮;舒洪波;劉黎;胡海;袁好;魏啟亮;胡本安
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種濃度漸變的球形富鋰正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池正極材料與電化學領域。

背景技術

鋰離子電池作為二次能源，具有能量密度高、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應和綠色環保等突出優點，是20世紀90年代開發成功的新型綠色二次電池。近年來，隨著新能源戰略下電動汽車的普及、鉛酸電池的環保問題、石油價格飛漲等諸多因素影響，鋰離子電池及相關產品新興領域的發展十分迅猛。然而，當前的鋰離子電池體系中仍然存在許多技術問題亟待突破與解決，如能量密度偏低、高成本、安全性能欠佳等。

鋰離子電池的主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜等成分組成，其中正極材料占據著最重要的地位，是核心關鍵材料，直接影響電池的容量、壽命、成本、安全性等重要性能。因此，開發高性能正極材料對鋰離子電池及相關行業的快速發展具有重要意義。

目前，全球市場化的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰(LiCoO₂)、錳酸鋰(Li₂MnO₄)、三元材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)、磷酸鐵鋰(LiFePO₄)等。其中鈷酸鋰因鉆資源稀少成本較高，且環境污染等缺點，其發展空間下，已逐步被取代；錳酸鋰放電比容量較低，高溫循環與儲存性能欠佳；三元材料壓實密度偏低，其倍率性能與安全性能有待提高；磷酸鐵鋰放電比容量不高，振實密度偏低，且產品存在較嚴重的一致性問題，阻礙其快速發展。與前幾種正極材料相比，富鋰正極材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co)因其具有高比容量(＞200mAh/g)、較寬的充放電范圍、成本低廉以及新的電化學充放電機制等特點，被認為是新一代的鋰離子電池首選正極材料。富鋰正極材料是Li₂MnO₃和層狀LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co)按一定比例形成的固溶體材料，其中Li₂MnO₃組分具有重要的作用，不但可以起到穩定材料結構的作用，同時在高電壓下可以提供額外的容量。

發明內容

本發明的目的是提供一種濃度漸變的球形富鋰正極材料的制備方法。

本發明的技術方案是，一種濃度漸變的球形鋰離子電池富鋰正極材料，通式為xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，式中M為Mn、Ni、Co的一種或一種以上，0＜x＜1；該材料的外觀形貌為球形顆粒，單個球形顆粒中Mn的摩爾濃度由內到外逐漸增加，Ni和Co的摩爾濃度由內到外逐漸降低。

一種制備濃度漸變的球形鋰離子電池富鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽配制成總金屬離子濃度為0.1-3.5mol/L的混合鹽溶液A，其中Mn∶Ni∶Co的摩爾比為x∶y∶1-x-y，其中0＜x＜1，0≤y＜1；將錳鹽配制成總金屬離子濃度為0.1-3.5mol/L的錳鹽溶液B；

(2)分別配制濃度為0.1-10mol/L的堿溶液和濃度為0.1-10mol/L的氨水溶液；

(3)采用控制結晶共沉淀法，將錳鹽溶液B通過恒流泵逐漸加入到混合鹽溶液A中，攪拌均勻，與此同時，將混合鹽溶液A、錳鹽溶液B的混合溶液通過恒流泵加入到反應釜中，通過這種加料方式，加入到反應釜內的混合溶液中Mn的濃度逐漸增大，Ni和Co的濃度逐漸降低；用堿溶液作為配位劑、氨水作為絡合劑也同時并流加入到反應釜內，控制反應釜內的攪拌速度為50-1500rpm，反應溫度為30-70℃，pH值為7.0-12.0之間，使之結晶沉淀生成球形顆粒[Mn_xNi_yCo_1-x-y](OH)₂或[Mn_xNi_yCo_1-x-y]CO₃前軀體；