[發明專利]一種核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410409800.9
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104157831A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 王振波;玉富達;劉寶生;張音;薛原;顧大明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料，其特征在于所述復合正極材料為核殼結構，以層狀富鋰錳基正極材料Li[Li_a(Ni_xCo_yMn_z)_1-a]O₂為內核材料，尖晶石鎳錳酸鋰正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄為殼層材料，其中0＜a，x+y+z＝1，0≤x＜z，0≤y＜z，z＜1。

2.根據權利要求1所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料，其特征在于所述內核層狀富鋰錳基正極材料的粒徑為5-20μm，殼層尖晶石鎳錳酸鋰正極材料的厚度為0.5-2μm。

3.一種權利要求1或2所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述制備方法步驟如下：

一、分別稱取鎳源化合物、鈷源化合物、錳源化合物，并溶于去離子水中混合均勻，采用共沉淀的方法將沉淀劑氫氧化鈉或碳酸鈉和一定量絡合劑氨水逐滴加入其中，控制金屬鹽與沉淀劑摩爾比為1∶1，同時金屬鹽與氨水摩爾比為1∶0.5～0.8，反應的pH值在8～12之間，50～60℃反應3～20h，并以速度為500～1000轉/分鐘不斷攪拌，得到富鋰錳基材料前驅體母液A；

二、按摩爾比0.25∶0.75稱取鎳源化合物、錳源化合物，并溶于去離子水中混合均勻，將其逐滴加入步驟一得到的富鋰錳基材料前驅體母液A中，采用共沉淀的方法將沉淀劑氫氧化鈉或碳酸鈉和一定量絡合劑氨水逐滴加入其中，控制金屬鹽與沉淀劑摩爾比為1∶1，同時金屬鹽與氨水摩爾比為1∶0.5～0.8，反應的pH值在8～12之間，50～60℃反應3～20h，并以速度為500～1000轉/分鐘不斷攪拌，得到核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合前驅體B；

三、將鋰源與步驟二得到前驅體B均勻混合，再將其放入馬弗爐空氣氣氛中，以5～10℃/min升溫速率從室溫升至300～500℃預燒3～8h，再以相同升溫速率升溫至600～900℃煅燒6～15h，得到核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料。

4.根據權利要求3所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述內核層狀富鋰錳基材料前驅體化學式為(Ni_xCo_yMn_z)(OH)₂或(Ni_xCo_yMn_z)CO₃，其中x+y+z＝1，0≤x＜z，0≤y＜z，z＜1。

5.根據權利要求3所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述殼層尖晶石鎳錳酸鋰材料前驅體化學式為(Ni_0.25Mn_0.75)(OH)₂或(Ni_0.25Mn_0.75)CO₃。

6.根據權利要求3所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述鋰源為氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、乙醇鋰、甲酸鋰、碳酸鋰中的一種或多種的混合物。

7.根據權利要求3所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述鎳源化合物為硫酸鎳、乙酸鎳、草酸鎳或硝酸鎳中的一種或多種的混合物。

8.根據權利要求3所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述鈷源化合物為硫酸鈷、乙酸鈷、草酸鈷或硝酸鈷中的一種或多種的混合物。

9.根據權利要求3所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述錳源化合物為硫酸錳、乙酸錳、草酸錳或硝酸錳中的一種或多種的混合物。

10.根據權利要求3所述的核殼結構的尖晶石鎳錳酸鋰、層狀富鋰錳基復合正極材料的制備方法，其特征在于所述的混合方式為液相混合或固相混合，煅燒氣氛為空氣。