[發(fā)明專(zhuān)利]一種高比容量富鋰正極材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410190666.8
• 申請(qǐng)日: 2014-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103956478A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)乙銘;鄧晨;劉明龍;甄樹(shù)瑜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/505
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高比容量富鋰正極材料的制備方法，屬于化學(xué)電源材料制備和鋰離子電池正極材料領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品、航天領(lǐng)域、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域?qū)?chǔ)能設(shè)備的要求日益增高，逐漸趨向能量密度高、體積小、循環(huán)壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展，鋰離子電池因其滿(mǎn)足上述特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。鋰離子電池組成主要包括正負(fù)極材料、隔膜、電解液等，在所有材料組成中，正極材料占據(jù)著核心位置，它直接影響著電池的成本、容量、循環(huán)壽命、安全等重要性能。?

目前開(kāi)發(fā)的鋰離子電池正極材料包括層狀的鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳錳/鈷二元和三元材料、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰(LiMn₂O₄)及5V高壓LiNi_0.5Mn_0.5O₄、橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰，以及層狀固溶體結(jié)構(gòu)的xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0<x<1，M＝Ni、Co、Mn)錳基富鋰材料。前幾種電極材料的比容量均在200mAh/g以下，只有富鋰材料大于200mAh/g，相對(duì)于碳基負(fù)極350mAh/g以上的比容量，正極材料的比容量亟待提高，所以富鋰材料的高比容量特點(diǎn)使其成為下一代商業(yè)化電池正極的首選材料。?

同其他正極材料相比，錳基富鋰正極材料因其較高的比容量而得到廣泛關(guān)注。由醇解固相法制得的富鋰材料Li_1.17Mn_0.5Ni_0.17Co_0.17O₂(公布號(hào)CN103066264A)，雖然粒徑均勻但放電比容量仍然有待提高，數(shù)圈循環(huán)后的放電比容量依舊較低。在富鋰正極系列材料中，層狀Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂材料因其高比容量和良好的循環(huán)性能而得到廣泛研究。但富鋰材料本身的一些問(wèn)題制約著它的發(fā)展和應(yīng)用，如大電流放電性能差，合成方法復(fù)雜，受影響因素較多等。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了針對(duì)現(xiàn)有層狀富鋰正極材料循環(huán)性能不穩(wěn)定、制備工藝復(fù)雜且放電比容量低的問(wèn)題，提供一種高比容量富鋰正極材料的制備方法。?本方法制備的正極材料體相結(jié)晶度高，材料粒徑較小且分布均勻，過(guò)渡金屬元素比例接近理論值，這些特點(diǎn)賦予材料高比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。?

本發(fā)明通過(guò)以下具體技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。?

一種高比容量富鋰正極材料的制備方法，具體步驟如下：?

步驟一、將乙酸錳、乙酸鎳、乙酸鈷和乙酸鋰溶于溶劑中，攪拌得到混合均勻的乙酸鹽溶液；乙酸錳、乙酸鎳、乙酸鈷和乙酸鋰混合摩爾比例為0.54:0.13:0.13:1.2～1.3；?

步驟二、將步驟一所得的乙酸鹽溶液在60～80℃水浴下加熱，電磁攪拌蒸發(fā)至乙酸鹽溶液呈現(xiàn)紫紅色粘稠狀；然后放置于80～120℃溫度下干燥，研磨，得到前驅(qū)體粉末；?

步驟三、將步驟二所得的前驅(qū)體粉末進(jìn)行煅燒；以2～5℃/min的升溫速率從室溫升至450～600℃，保溫時(shí)間為4～8h；自然冷卻至室溫，研磨后，以2～5℃/min升溫速率升溫，從室溫升至800℃～950℃下煅燒，保溫時(shí)間為8～12h；隨爐冷卻至室溫，經(jīng)研磨得到棕色富鋰材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂；?

所述溶劑為無(wú)水乙醇或去離子水。?

有益效果?

1、本發(fā)明的一種高比容量富鋰正極材料的制備方法，因?yàn)椴捎靡宜猁}一步合成目標(biāo)產(chǎn)物，原料只有相應(yīng)的乙酸鹽，沒(méi)有引入熔融鹽和其他離子，且經(jīng)過(guò)水浴攪拌，使金屬元素達(dá)到分子級(jí)的混合程度，制備的材料元素分布均勻。?

2、本發(fā)明的一種高比容量富鋰正極材料的制備方法，因?yàn)樗苽洳牧象w相結(jié)晶度高，粒徑較小且分布均勻，比表面積大，與電解液充分接觸，反應(yīng)位點(diǎn)多，利于鋰離子的脫出和嵌入，使材料組裝的電池循環(huán)性能穩(wěn)定，放電比容量最大值達(dá)316.5mAh/g。?

3、本發(fā)明的一種高比容量富鋰正極材料的制備方法，因?yàn)楹铣刹襟E簡(jiǎn)單，工藝重復(fù)性好，過(guò)渡金屬元素比例接近理論值，易于大批量生產(chǎn)，合成過(guò)程中不確定性因素少，產(chǎn)物物化性能波動(dòng)小，材料的電化學(xué)性能優(yōu)異。?

附圖說(shuō)明