[發明專利]一種鋰離子電池錳基富鋰正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710164153.3
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106848296A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 李偉善;鐘曉欣;陳敏;陳東瑞;田源源;朱云敏;張萍;何曉晴;黃珩之
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳宏升,羅嘯秋

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池錳基富鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

化石燃料是當今能源經濟的基礎，而由于化石燃料的使用所造成的一系列環境污染問題還有隨著經濟不斷發展而產生的能源需求驅使著人們尋找更加清潔高效的能源。鋰離子電池具有能量密度大和使用壽命長等特點，是一種發展前景廣闊的電化學儲能技術。因此發展鋰離子電池是緩解環境污染和能源短缺的有效途徑，而鋰離子電池的正極材料約占電池制造成本的30-40％，對鋰離子電池的工作電壓、容量、壽命和成本等因素起決定性作用，是制約鋰離子電池整體性能的重要因素。隨著當前電子產品輕薄化和微型化的發展趨勢，以及新能源汽車的發展，對動力系統電池的需求也日益擴大，但是如今常用的鋰離子電池正極材料如鈷酸鋰所能達到的能量密度僅為140mAhg^-1，顯然難以滿足未來的需要，而錳基富鋰材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Ni，Co，Mn等)在2.0-4.8V的電壓下能量密度可以達到250mAhg^-1以上，引起了廣泛的關注。但是這類材料存在首次容量損失大，倍率性能較差以及電壓降等的問題。因此制備不可逆容量損失小的錳基層狀富鋰氧化物是鋰離子電池正極材料的重點研究方向之一。

發明內容

為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種鋰離子電池錳基富鋰正極材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的鋰離子電池錳基富鋰正極材料。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種鋰離子電池錳基富鋰正極材料的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)在攪拌的條件下，按照0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂配給將LiAc·2H₂O、MnAc₂·4H₂O、NiAc₂·4H₂O以及CoAc₂·4H₂O加入到去離子水中，室溫下攪拌溶解得到金屬鹽溶液；

(2)將所得金屬鹽溶液經蒸發、干燥，得到固體A；

(3)往固體A中加入LiCl和KCl作為混合熔鹽，混合均勻后得到固體B；

(4)將所得固體B于700～900℃溫度下燒制10～12小時，即可得到鋰離子電池錳基富鋰正極材料0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂。

優選地，步驟(2)中所述的蒸發是指在攪拌條件下和90～95℃溫度下蒸發水分；所述的干燥是指置于鼓風干燥箱中100～120℃溫度下鼓風干燥10～12小時。

優選地，步驟(3)中所述的混合熔鹽中LiCl與KCl的摩爾比為1:1。

優選地，步驟(3)中所述熔鹽的加入量與得到的鋰離子電池錳基富鋰正極材料0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂的摩爾比為(10～25):1。

一種鋰離子電池錳基富鋰正極材料0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂，通過上述方法制備得到。

本發明的原理是：在一般的固相法合成法中，物質的傳質過程以擴散機制為主，微粒的擴散速率較慢離子需要在高溫下發生遷移，形核與長核的阻力大，而在合成過程中加入熔鹽后，在升溫過程中反應體系的液相量增多，反應體系從固相反應轉化為液相反應，隨著加入熔鹽的摩爾比增加，液相反應在反應體系中占主導地位，物質的傳質過程基于變為液相的溶解-析出機制占優勢，能量的傳輸效率更高，材料的結晶驅動力增加，加快晶體的生長速率，而熔質在熔液中快速流動，使得結晶形核速度也增大，從而提高材料的結晶度利于晶體結構的生長而且能夠得到更加均勻的納米顆粒。