[發明專利]溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備富鋰正極材料的方法

有效

• 申請號: 201410247790.3
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104009221B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 關成善;宗繼月;孟博;史新明
• 申請（專利權）人: 山東精工電子科技有限公司
• 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

本發明屬于鋰離子電池正極材料的領域，具體涉及一種容量高、化學計量比好、純度高、倍率性能的鋰離子電池正極材料Li（Li_0.08Ni_0.38Mn_0.54）O₂的制備方法。

背景技術

隨著人們對能源需求的日益增長和對社會與經濟可持續發展重要性認識的不斷深化，以綠色環保和高效高能為特點的鋰離子電池越來越受到人們的重視。大中型電動工具、儲能電站、電動車、智能電網等應用對鋰離子電池的安全性、能量密度、功率密度、循環壽命、價格、環境友好等方面都提出了更高要求。目前鋰離子電池負極材料的比容量通常在300mAh/g以上，而正極材料的比容量則始終徘徊在150mAh/g左右。由于深度充電時電極材料對有機電解質的強氧化作用及過度脫鋰對材料自身結構的破壞，LiCoO₂的實際可利用容量只有理論容量的一半左右。而鎳鈷錳三元材料雖然降低了材料成本和毒性，明顯提高了材料的安全性，但這些層狀結構材料的實際比容量（一般小于180mAh/g）并沒有大的突破。尖晶石結構正極材料LiMn2O4和聚陰離子正極材料（典型的如橄欖石結構的LiFePO₄）的理論比容量也分別只有148mAh/g和170mAh/g，遠不能滿足高比能鋰離子電池對正極材料的性能要求。因此，正極材料成為鋰離子電池性能進一步提高的瓶頸。

富鋰層狀結構正極材料Li_1+xM_1-xO₂（M為Ti，Cr，Fe，Co，Ni，Mn等）的理論比容量超過300mAh/g，實際可利用容量大于200mAh/g，成為發展能量密度大于300Wh/kg鋰離子電池的重要候選正極材料，近年來受到人們的廣泛關注。

合成富鋰材料的方法主要有高溫固相法、共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法和噴霧干燥法等。共沉淀法是用來合成復合正極材料前驅體最常用的方法，此法可實現原子級的混合，但是，實際中不同種類陽離子不同時沉淀，沉淀存在先后順序，金屬離子沉淀不完全，化學計量比不容易精確控制，沉淀不完全的重金屬還造成環境污染，且耗水量大。溶膠凝膠法不僅可以實現原子級的混合，而且合成的材料化學計量比精確、金屬元素分布均勻、純度高,自蔓延燃燒反應快速省時，顆粒粒徑分布均勻，工藝過程簡單。

發明內容

本發明的目的在于提供一種溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備富鋰正極材料的方法，本方法工藝流程簡單、化學計量比好、純度高、倍率性能好，可以改善現有富鋰材料由于存在Li₂MnO₃?組分導致材料導電性差，倍率性能差的不足。

本發明的技術方案如下：

一種溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備富鋰正極材料的方法，所述富鋰正極材料為Li（Li_0.08Ni_0.38Mn_0.54）O₂，其特征在于該方法按以下步驟進行：

（1）????將鋰、鎳、錳的鹽類溶于醇類試劑中配制成溶液A，

（2）????然后將溶液A置于一定溫度的恒溫水浴鍋中在攪拌的條件下蒸發為膠狀螯合物前驅體B，

（3）????將前驅體B轉移入坩堝中，置于馬弗爐內于一定溫度下使其自蔓延燃燒生成灰燼物質C，

（4）????將物質C經研磨后置于馬弗爐內于高溫下在氧氣氛圍中煅燒數小時，研磨過篩后即得富鋰正極材料Li（Li_0.08Ni_0.38Mn_0.54）O₂。

作為優選，所述鋰鹽為硝酸鋰、醋酸鋰中的至少一種鋰鹽；所述鎳鹽為硝酸鎳、醋酸鎳中的至少一種鎳鹽；所述錳鹽為硝酸錳、醋酸錳中的至少一種為醋酸鹽。????作為優選，所述水浴溫度為50-100℃，攪拌方式為機械攪拌或磁力攪拌。

作為優選，所述的燃燒溫度為300-500℃，燃燒時間為0.1-2h。

作為優選，所述的煅燒溫度為750-950℃，煅燒時間為6-24h。

本發明采用的溶膠凝膠法不經過凝膠完全干燥過程即可進行自蔓延燃燒反應，操作簡便且省時。合成的一次顆粒為亞微米級粒子，粒徑小，鋰離子擴散路徑短，利于鋰離子的脫嵌，改善了富鋰材料的不足。

附圖說明

圖1為實施案例1中富鋰正極材料的SEM圖。

圖2為實施例1中富鋰正極材料的首次充放電曲線圖。

圖3為實施例1中富鋰正極材料的循環性能圖。