[發明專利]一種錳酸鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810230751.0
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108306010B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 付強;徐丹軍
• 申請（專利權）人: 陜西海恩新材料有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京保識知識產權代理事務所(普通合伙) 11874
• 代理人: 姚天健

本發明公開了一種錳酸鋰正極材料及其制備方法，由碳酸鋰、二氧化錳、磷酸鋰、氟化鋁和蔗糖組成，制備尖晶石型錳酸鋰時，在錳酸鋰顆粒表面包覆一層磷酸鋰，并在錳酸鋰體相中摻入氟元素和鋁元素，從而有效的提高錳酸鋰在循環過程中的結構穩定性，抑制錳的溶解并保護電極材料不受電解液中氫氟酸的腐蝕，并有效提高錳酸鋰電池的首次庫倫效率和循環性能；本發明制備方法簡單，成本低，易實現工業化。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制備技術領域，具體涉及一種錳酸鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著技術的發展，鋰離子電池在電動汽車和儲能領域有著非常好的應用前景，必將對未來人們的生活產生深刻的影響。

目前商業中使用最廣泛的鋰離子電池正極材料是LiCoO₂，但是LiCoO₂安全性差，對環境不友好，而且，由于鈷在地殼中的豐度只有 25ppm，導致LiCoO₂價格昂貴。

由于尖晶石型錳酸鋰價格便宜，對環境友好，安全性好的特點，被視為最有發展前景的正極材料之一。尖晶石型錳酸鋰具有尖晶石結構，化學計量比的錳酸鋰的化學式為LiMn₂O₄，屬于立方晶系，對于尖晶石型錳酸鋰，工業上主要是采用固相合成法來制備，但是在煅燒過程中，內部的前驅體由于氧不足而難以使反應完全進行，最終導致煅燒出來的尖晶石型錳酸鋰晶體結構一致性不好，再加上循環過程中錳的溶解和晶型結構的轉變導致電池容量衰減較快，循環性差，高溫性能低。因此，目前對于如何提高錳酸鋰首次庫倫效率和循環性能的技術探索顯得尤其重要。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種錳酸鋰正極材料，可有效提高錳酸鋰電池的首次庫倫效率和循環性能；本發明的目的之二在于提供一種錳酸鋰正極材料的制備方法，操作簡單，成本低，易實現工業化。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

錳酸鋰正極材料，按質量百分比計，由以下組分組成：碳酸鋰12%-16%，二氧化錳62%-81%，磷酸鋰1.9%-2.5%，氟化鋁0.7%-1.4%，以及蔗糖1%-23%，以上組分質量百分比之和為100%。

所述碳酸鋰與二氧化錳的質量比為：1:4.5-1:5.5。

錳酸鋰正極材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、按質量百分比分別稱取如下原料：

碳酸鋰12%-16%，二氧化錳62%-81%，磷酸鋰1.9%-2.5%，氟化鋁0.7%-1.4%，以及蔗糖1%-23%，以上組分質量百分比之和為100%；

步驟2、將步驟1中稱取的所有原料混合均勻，得到混合原料A；

步驟3、將步驟2制得的混合原料A置于馬弗爐中燒結，得到燒結產物B；

步驟4、將步驟3制得的燒結產物B進行研磨，得到錳酸鋰正極材料。

所述步驟2中采用球磨法或磁力攪拌法混合原料。

所述的球磨法具體為將步驟1中稱取的所有原料加入球磨罐中，球磨時間為1h-2h，球磨轉速為1200r/min。

所述的磁力攪拌法具體為將步驟1中稱取的原料加入溶劑中，采用磁力攪拌4h-8h，攪拌結束后置于烘箱中進行干燥。

所述溶劑為純水、無水乙醇或乙醇水溶液。

所述步驟3中馬弗爐燒結氛圍為空氣，燒結條件為：預燒溫度540℃-600℃，保溫4h-6h，再升溫到800℃-850℃，保溫時間10h-12h，其中，升溫速率5℃/min-10℃/min。