[發明專利]一種高電壓鋰離子電池鎳錳酸鋰正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810493280.2
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108675359A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 李世友;解靜;魏媛;李宏亮;李春雷;崔孝玲;張宇;朱孔磊;梁有維;艾靈;解瑩春;李文博;楊莉;韓亞敏
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種高電壓鋰離子電池鎳錳酸鋰正極材料的制備方法，稱取鋰鹽、鎳鹽、錳鹽，超聲加熱攪拌將其用醇類，酯類，醛類有機溶劑溶解，持續攪拌蒸干有機溶劑直至獲得綠色膠狀物，所得的綠色膠狀物置于真空烘箱中烘干溶劑，隨后，將得到的固體混合物置于球磨機中球磨得到綠色粉末；綠色粉末置于馬弗爐中高溫煅燒得到具有不同顆粒尺寸及晶體形貌的鎳錳酸鋰正極材料。本發明的有益效果是用有機溶劑替代水作為溶劑，所制備的鎳錳酸鋰正極材料無雜質，純相更高，晶型生長更為完整。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種高電壓鋰離子電池鎳錳酸鋰正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有自放電率低、無記憶效應、安全環保等優勢成為手機、筆記本電腦等便攜式設備的理想電源。然而，若想滿足電動汽車和混合動力汽車等大型設備的供電要求，需進一步提升鋰離子電池的能量密度及功率密度。正極材料作為鋰離子電池的關鍵組成部分，是決定電池最終性能的關鍵因素。因此，需加大高能量密度型正極材料的研發力度。

尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有能量密度大(理論值為1100Wh/kg，實際值可接近為700Wh/kg)、工作電壓(電極電勢約4.7V，vs.Li/Li⁺)高、結構穩定、安全環保等優點，成為高能量密度及高功率密度型正極材料的有力競爭者。近年來，隨著電解液耐高壓性能的不斷突破，LiNi_0.5Mn_1.5O₄的開發利用前景更為樂觀。

據報道，電極材料的粒徑及晶型是影響電池性能的關鍵因素。因此，需著重研究材料粒徑及晶型對電池性能的影響，以滿足人們對高功率型鋰離子電池的需求。納米級LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的比表面積高，可增加電極材料與電解液間的接觸界面，提升Li⁺的傳輸速率，但納米級LiNi_0.5Mn_1.5O₄的低結晶度和低電化學活性限制了材料振實密度和電池安全性能的提升。此外，納米材料與電解液間過大的接觸界面加快腐蝕反應進程，縮短電池的使用壽命。微米級LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料粒徑較大，晶型生長完整，結晶度較高，但其過大的顆粒尺寸限制了Li⁺的傳輸，不利于電池倍率性能的提升。最新研究發現，微米級多面體LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料兼具較高的倍率性能及優異的循環穩定性能，歸因于微米級多面體LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料具有穩定的{111}晶面以及利于Li⁺傳輸的{100}晶面。因此，通過控制LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的顆粒尺寸及晶型結構，利用不同晶面間的優勢互補，在穩定材料結構的基礎上促進Li⁺傳輸，可有效的提升電極材料的綜合性能。

目前制備LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的常用方法多為高溫固相法，該方法具有操作簡單，成本低等優勢，適合大規模生產。然而，高溫固相法無法保證原材料的均勻混合，且煅燒溫度高，能耗大，所制備材料的粒徑分布寬，團聚現象嚴重，容易生成NiO、Li_xN_i-xO等雜質，不利于電池綜合性能的提升。采用液相法以去離子水為溶劑溶解金屬混鹽，可解離出Ni²⁺、Mn²⁺、Li⁺，保證了鋰、鎳、錳元素在原子水平上的均勻混合，但在溶劑蒸發過程中由于不同金屬鹽溶解度的不同，存在析出先后順序的缺陷，金屬鹽的混合均勻程度仍然不高。

發明內容