[發明專利]一種層狀富鋰錳基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的制備方法

在審

• 申請號: 201710282479.6
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107123793A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 栗歡歡;劉成洋;陳彪;王亞平;陳龍;江浩斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;B82Y30/00
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技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別涉及一種具有高電壓高比容量長壽命的富鋰錳基正極材料的制備方法。

背景技術

自從跨入二十一世紀以來，能源問題一直困擾著世界各個國家。隨著智能技術與工業科技突飛猛進的發展消耗了大量不可再生資源，現在國家與國家之間的競爭不僅僅是經濟實力的較量，越來越多的體現在資源(煤炭，石油，天然氣)、能源(太陽能、水能、風能、地熱能等)的競爭。在我國以傳統石油化工為主體的能源結構已經不能滿足社會的需求，并且由此產生的環境污染、生態失衡等問題日趨嚴重，危害著人類的生存，影響人類可持續發展的進程。因此，建立一種新型高效清潔能源體系(儲能、產能、節能)已經迫在眉睫。工信部提出彎道超車口號，電池產業恰好迎合了科技發展的步伐。目前的化學電源，如傳統的鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等，由于能量密度低，記憶效應，污染環境等問題已不能迎合如今市場的需求。同時已經商用的正極材料LiCoO₂價格昂貴，毒性較大，制約著鋰電池的發展，尋求價格低廉、安全穩定、高比能量的正極材料成為電極材料發展的趨勢。

富鋰錳基層狀材料因為錳是材料的主體，錳元素具有無毒、無污染、儲量大、價格低廉等特點，且該正極材料的實際放電比容量超過250mAh/g。通過合成條件的優化、結構的穩定和功能的調控可使其放電比容量達到300mAh/g。富鋰層狀氧化物成為近年來備受關注且具有廣泛應用前景的新型高容量正極材料。

發明內容

本發明提供了一種層狀富鋰錳基Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂材料的公斤級制備方法，有助于提升富鋰層狀材料比容量、循環壽命和倍率性能。

層狀富鋰錳基材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)共沉淀制備碳酸鎳鈷錳前驅體[Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]CO₂：

將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽按照所制備材料的金屬離子比例Ni:Co:Mn＝1:1:4配制成均勻料液，稱取足量弱酸鈉鹽配制成均質溶液作為沉淀劑，同時向弱酸鈉鹽溶液中加入堿性鹽溶液配成堿性絡合劑；反應釜內加入鎳鈷錳金屬離子比例為Ni:Co:Mn＝1:1:4底液，利用堿性絡合劑調制待釜內底液PH、溫度、攪拌轉速達到設定值時，將料液以一定的速度持續加入到反應釜中，連續反應15～20h；反應結束后，將釜內前驅體靜置2～4小時，將反應釜內的前驅體取出洗滌、離心過濾，用鼓風干燥箱將前驅體充分干燥；

(2)配鋰混料：

前驅體[Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]CO₂與鋰源按物質的量比為M：Li＝1:1.2～1.5充分混合，其中M為Ni、Co、Mn的物質的量總和，其中Li原子物質的量過量3～8％；

(3)固相合成：

將步驟(2)所得的混合物充分干燥，在空氣環境中采用馬弗爐燒結，首先從室溫升至400～500℃，線性升溫時間為1～3h；然后保溫4～6h；再升溫至750～950℃，線性升溫時間3～4h；然后保溫12～18h；梯度煅燒完成之后自然冷卻至室溫，制備出Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂層狀富鋰錳基材料。

優選地，所述鎳鹽為硝酸鎳、硫酸鎳、醋酸鎳、草酸鎳中一種。

優選地，所述鈷鹽為硝酸鈷、硫酸鈷、醋酸鈷、草酸鈷中一種。

優選地，所述錳鹽為硝酸錳、硫酸錳、醋酸錳、草酸錳中一種。

優選地，所述弱酸鈉鹽為碳酸鈉、醋酸鈉、碳酸氫鈉、草酸鈉中一種。

優選地，所述堿性鹽溶液為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰、氨水中一種或多種。

優選地，所述步驟(2)中采用行星球磨機濕磨或研缽干磨將前驅體[Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]CO₂與鋰源混合均勻。

優選地，所述鋰源為碳酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰、氟化鋰中一種。