[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410255323.5
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104051709A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉三兵;梅周盛
• 申請（專利權(quán)）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 江崇玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素，目前使用的鋰離子電池正極材料，例如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等的工作電壓都低于4V，功率密度較低。基于LiMn₂O₄價(jià)格便宜、無毒、原料易得等優(yōu)點(diǎn)，研究人員對其進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，通過使金屬元素，如Cr，Co，Ni，Cu，F(xiàn)e，Mo，V等取代LiMn₂O₄中部分錳離子，得到了具有尖晶石結(jié)構(gòu)的化合物L(fēng)iMn_2-xM_xO₄(0.001＜x＜1.999，M為過渡金屬元素)。化合物L(fēng)iMn_2-xM_xO₄放電電壓高達(dá)5V，用于鋰離子電池正極材料能夠提供電池的輸出電壓和功率密度，減少電池串聯(lián)個(gè)數(shù)，方便維護(hù)和使用。因此如何制備LiMn_2-xM_xO₄類鋰離子電池5V正極材料受到業(yè)內(nèi)研究者的廣泛關(guān)注。

目前主要通過固相法、共沉淀法、復(fù)合碳酸鹽法、溶膠-凝膠法、熔鹽法、乳液干燥法及超聲噴霧高溫分解法等制備LiMn_2-xM_xO₄正極材料。高溫固相法具有工藝流程短，設(shè)備簡單、易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但反應(yīng)耗時(shí)長，能耗大，容易出現(xiàn)混料不均、無法形成均相共熔體，以及各批次產(chǎn)物質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，嚴(yán)重影響電化學(xué)性能。溶膠-凝膠法合成的產(chǎn)物一般顆粒細(xì)小，粒徑分布均勻，結(jié)晶性能好，初始容量較高，但合成原料一般采用有機(jī)試劑，成本較高，難以實(shí)際應(yīng)用。氫氧化物共沉淀法需嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，但是由于Mn²⁺離子易被氧化，很難實(shí)現(xiàn)使各種金屬離子同時(shí)同步沉淀。復(fù)合碳酸鹽法易于得到比較理想的純凈產(chǎn)物及納米級的產(chǎn)物，而且產(chǎn)物顆粒分散比較均勻，利于提高正極材料的電化學(xué)性能。

就復(fù)合碳酸鹽法進(jìn)行舉例，G.Q.Liu等(G.Q.Liu,et.Synthesis?and?electrochemical?performance?of?Li?Ni_0.5Mn_1.5O₄spinel?compound,Journal?of?Electrochimica?Acta,2005,50:1965-1968)將硝酸錳、硝酸鎳和碳酸氫氨的溶液混合后，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，得到鎳-錳復(fù)合沉淀；將鎳-錳復(fù)合沉淀洗滌后真空干燥，并于650℃下焙燒10小時(shí)，得到前驅(qū)體；將該前驅(qū)體與水合氫氧化鎳混合，在800℃下煅燒15h得到Li?Ni_0.5Mn_1.5O₄正極材料。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下技術(shù)問題：

利用G.Q.Liu提供的方法制備的Li?Ni_0.5Mn_1.5O₄正極材料在多次循環(huán)后，容量保持率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供了一種高容量保持率的LiMn_2-xM_xO₄類鋰離子電池正極材料的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，提供以下的技術(shù)方案：

一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括：

步驟a、配制金屬鹽與錳鹽混合物的水溶液，攪拌均勻，向所述金屬鹽與錳鹽混合物的水溶液中加入沉淀劑，取沉淀物，清洗并干燥所述沉淀物，得到前驅(qū)體材料；

步驟b、有氧氣氛下對所述前驅(qū)體材料進(jìn)行第一次燒結(jié)；

步驟c、將第一次燒結(jié)后的前驅(qū)體材料與鋰鹽和/或氫氧化鋰進(jìn)行混合并振實(shí)或壓實(shí)，有氧氣氛下進(jìn)行第二次燒結(jié)；

步驟d、將第二次燒結(jié)后的材料進(jìn)行破碎，混合均勻，有氧氣氛下進(jìn)行第三次燒結(jié)，得到所述鋰離子電池正極材料。