[發明專利]一種具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610105577.8
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105576231A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 張海朗;張磊
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;任月娜

1.一種具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述 正極材料的化學通式為Li[M1_aNi_bM2_cMn_1.5]O₄，其中0.025≤a≤0.05，0.4≤b≤ 0.45，0.025≤c≤0.05且a+b+c＝0.5，M1和M2為Mg、Zn、Fe、Li、Al、Cr、 Co中的一種或多種。

2.如權利要求1所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)按摩爾比將鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、M1鹽、M2鹽和檸檬酸在攪拌條件下 溶于去離子水中，然后調節溶液pH至中性或弱堿性；

(2)在70～90℃的條件下，對步驟(1)得到的混合溶液在攪拌速度200～ 500轉/分鐘的條件下進行恒溫蒸發8～10小時，得到溶膠；

(3)將溶膠置于鼓風干燥箱中于80～120℃條件下干燥10～20小時，以蒸 發驅除水分，得到干凝膠；

(4)將干凝膠置于馬弗爐中進行煅燒，升溫速度為5℃/min，升溫至500 ℃，煅燒10～28小時，得到前驅體；

(5)前驅體冷卻至室溫后在研缽機中研磨0.5～1小時，將研磨后的前驅體 壓實后置于馬弗爐中，在富氧條件或空氣氣氛中在下進行煅燒，升溫速度為3～ 8℃/min，升溫至700～900℃，煅燒12～28小時，冷卻至室溫后即得到所述的 鋰離子電池正極材料Li[M1_aNi_bM2_cMn_1.5]O₄。

3.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：所述鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、M1鹽和M2鹽的摩爾比為1.05: 1.5:b:a:c，其中0.025≤a≤0.05，0.4≤b≤0.45，0.025≤c≤0.05且a+b+c＝0.5， 其中為了防止高溫煅燒下鋰的少量揮發，鋰的物質的量過量5％，M1和M2為 鎂鹽、鋅鹽、鐵鹽、鋰鹽、鋁鹽、鉻鹽、鈷鹽中的一種或多種。

4.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：所述鋰鹽為碳酸鋰、硝酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰中的一 種或多種。

5.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：所述錳鹽為碳酸錳、硝酸錳、乙酸錳中的一種或多種。

6.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：所述鎳鹽為碳酸鎳、硝酸鎳、乙酸鎳中的一種或多種。

7.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：所述鎂鹽為碳酸鎂、硝酸鎂和乙酸鎂中的一種或多種； 所述鋅鹽為碳酸鋅、硝酸鋅和乙酸鋅中的一種或多種；所述鐵鹽為碳酸鐵、硝 酸鐵和乙酸鐵中的一種或多種；所述鈷鹽為碳酸鈷、硝酸鈷、乙酸鈷中的一種 或多種，所述鋁鹽為碳酸鋁、硝酸鋁和乙酸鋁中的一種或多種；所述鉻鹽為碳 酸鉻、硝酸鉻和乙酸鉻中的一種或多種。

8.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：所述鎳鹽、錳鹽、M1鹽和M2鹽的總摩爾量與檸檬酸的 摩爾比為1:1～1:2。

9.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的制 備方法，其特征在于：步驟(1)中用氨水將溶液pH調節至7～8。

10.如權利要求2所述的具有尖晶石結構的高電壓鋰離子電池正極材料的 制備方法，其特征在于：步驟(5)中，所述富氧條件為氧氣濃度為18～28％。