[發(fā)明專利]一種具有4.5V電壓平臺的鋰離子電池正極材料制造方法

有效

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• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103236532A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設計）人: 梁廣川;王麗;歐秀芹;焦昌梅
• 申請（專利權）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發(fā)明的技術方案涉及一種具有4.5V電壓平臺的鋰離子電池正極材料制造技術，具體說是成份為LiNi_0.5Mn_1.5O₄的鋰離子電池正極材料制備方法。

背景技術

電動汽車是我國的戰(zhàn)略產業(yè)方向，可以有效解決石油不足、空氣質量惡化、單位GDP能耗高等問題。但目前電池比能量較低，成為阻礙電動汽車實用化進展的瓶頸。鉛酸電池的比能量僅為30～40Wh/Kg，鎳氫電池為60～80Wh/Kg。鋰離子電池中，磷酸鐵鋰電池可以達到110～130Wh/Kg，比能量最高的三元材料電池僅能達到210～220Wh/Kg左右的比能量。以一輛汽車需要100KWh電能計算，需要裝備鉛酸電池2.5噸，或鎳氫電池1.25噸，或磷酸鐵鋰電池770Kg，或三元材料電池450Kg。從目前現(xiàn)狀來看，即使三元電池也不能滿足電動汽車的使用要求。

提高電池比能量的途徑是使用具有高比能量的電池材料。目前，負極材料的改進余地不大，主要的研究和產業(yè)方向都是針對正極材料。提高正極材料比能量的方向是提高電池比容量和提高材料放電電壓。

針對高電壓體系的正極材料，近年來出現(xiàn)了放電電壓高達4.7V(vs.Li/Li⁺)的尖晶石型鎳錳酸鋰材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄，由于碳負極相對于鋰的電極電位為0.2V，因此鎳錳酸鋰材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄與碳負極組成的全電池的放電電壓高達4.5V，因此LiNi_0.5Mn_1.5O₄是一種放電電壓高達4.5V的正極材料。該材料具有三維鋰離子通道結構，與鋰組成的半電池的放電電壓平臺達到4.7V，可逆容量可達130mAh/g（理論容量147mAh/g），具有比其它正極材料更高的比能量。更為關鍵的是，LiNi_0.5Mn_1.5O₄中Mn全部是+4價，杜絕了歧化反應和Jahn-Teller效應，循環(huán)性能，尤其是高溫下的循環(huán)性能和高倍率放電性能優(yōu)良，可廣泛應用于電動汽車領域，是高比能量動力電池首選的正極材料。

以LiNi_0.5Mn_1.5O₄為正極材料的動力電池還具有以下優(yōu)勢：（1）高電壓意味著高比能量，以及長的巡航里程；（2）高的工作電壓意味著后期電池組設計和組裝工作的簡化，大大降低Pack和BMS設計操作難度；（3）原料成本可控制在5萬以內，是三元材料的1/3左右，電池成本較低。

目前LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料大多采用高溫固相法合成，但當溫度高于600℃時經常會伴隨Li_xNi_1-xO或NiO雜相的產生，導致充放電過程中相變嚴重，電化學性能惡化。專利CN102479941A先制備鎳錳氧化物前驅體，然后加入鋰源化合物，避免了鋰源化合物與錳源化合物、鎳源化合物的直接接觸，從而避免了NiO、Li_1+xNi_1-xO₂等雜相的產生，并采用氧氣氣氛中退火的方法補償燒結過程中產生的氧缺陷。專利CN102774891A通過多步煅燒來控制尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料中三價錳離子的含量，從而提高材料的倍率性能和循環(huán)性能。