[發明專利]富鋰錳基正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310746738.8
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103972491A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 楊塵;何學剛;劉大軍;吳以洪
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源股份公司
• 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

本發明涉及鋰離子電池材料制備技術領域，尤其涉及一種富鋰錳基正極材料的制備方法。

背景技術

近年來，富鋰錳基正極材料以其高容量、高能量密度、低價格以及原料來源豐富等優點，得到研究人員的廣泛關注。想要推進富鋰錳基正極材料在鋰離子電池上的實際應用，從材料方向上還需要解決其庫倫效率低、循環壽命差以及倍率性能偏低等缺點。研究表明，材料中過渡陽離子混排會降低造成材料結構不穩定，也是以上所提到的富鋰錳基正極材料缺點的主要原因之一。傳統的固相法合成富鋰錳基正極材料，由于在原料混合階段的混合尺度較大，造成部分原料混合不均勻，提高了陽離子混排度，從而導致材料電性能不佳。而報道的溶膠-凝膠法雖然性能尚可，但是在工業化生產推進方面難度較高。液相共沉淀法生產成本相對較低，且此法合成產品的陽離子混排度較小，電化學性能優越，比較適合工藝化生產，其中中國專利申請號201110067290.8公開的技術方案將化學計量比的過渡金屬鹽溶液、堿液和氨水分別加入攪拌器中攪拌加熱，所得沉淀經陳化、過濾、洗滌、干燥后得到鎳鈷錳前軀體，再配鋰鹽混合后燒結，提高了加熱效率，同時提升了材料電化學性能，且產品評價粒徑均勻，循環性能優異，但是此法中為了提升加熱效率而加入的助熔劑后期還需洗滌取出，增加了產品合成的復雜性，難以大規模工業化制備。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種富鋰錳基正極材料的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：富鋰錳基正極材料的制備方法，所述正極材料為xLi2MnO3-(1-x)LiMO2顆粒，其中0≤x≤1，M具體為NiaCobMn1-a-b，其中0≤a,b≤1，包括以下步驟：

（1）配置過渡金屬鹽溶液并裝入超聲噴霧設備容器；所述過渡金屬鹽溶液中過渡金屬離子總濃度為0.1～3mol/L；

（2）配置沉淀劑溶液；所述沉淀劑中金屬離子總濃度為0.1～3mol/L；

（3）調節超聲噴霧設備閥門，所述過渡金屬鹽溶液通過超聲噴霧頭進入超聲霧化裝置，同時啟動超聲電源，調節超聲霧化頻率，將霧化后的過渡金屬鹽溶液噴入到所述沉淀劑溶液中，在噴霧過程中，沉淀劑溶液在高速攪拌器的作用下進行攪拌；

（4）噴霧結束一段時間后結束機械攪拌，將反應產物靜置后洗滌沉淀物，烘干得到前驅物；

（5）將所述前驅物按照化學式xLi2MnO3-(1-x)LiMO2摩爾比配鋰鹽，將前驅物和所配鋰鹽加入分散劑后在球磨機中進行球磨混合后，取出在干燥箱內烘干；

（6）將烘干產物置入馬弗爐中進行高溫焙燒，降溫后獲得富鋰錳基正極材料。

作為優選，步驟（1）中所述過渡金屬鹽為錳鹽與其他過渡金屬鹽中至少一種的混合物；所述錳鹽為硝酸錳、氯化錳、硫酸錳、乙酸錳中的一種或兩種及以上的混合物；所述其他過渡金屬鹽為鎳鹽和鈷鹽；其中所述鎳鹽為硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳、乙酸鎳中的一種或兩種及以上的混合物，所述鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷、乙酸鈷中的一種或兩種及以上的混合物。

作為優選，步驟（2）中所述沉淀劑溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、草酸鈉、草酸鉀、草酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰中的一種或兩種及以上的混合物。

作為優選，步驟（3）所述過渡金屬鹽溶液流入超聲噴霧頭的速度為30～500ml/min，超聲霧化頻率為0.5MHz～2.0MHz。

作為優選，步驟（4）中靜置時間為0.5～24h，且沉淀物的洗滌方式為過濾洗滌、離心洗滌、膜洗滌；所述干燥溫度為60～150℃，干燥時間為5～24h。

作為優選，步驟（5）中所述的鋰鹽為碳酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰中的一種或兩種及以上的混合物；所述的分散劑為乙醇、丙酮、去離子水中的一種或兩種及以上的混合物；所述球磨時間為2～10h，所述干燥溫度為60～150℃，干燥時間為5～24h。

作為優選，步驟（6）中所述的高溫焙燒過程為：從室溫以3～20℃/min的升溫速率升溫至250～700℃，保溫2～20h，再以3～20℃/min的升溫速率升溫至700℃～1000℃，保溫5～30h；所述降溫方式包括隨爐冷卻和液氮淬火降溫。

本發明的有益效果是：