[發明專利]一種鋰含量可控的富鋰錳正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910945885.5
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110683584B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 趙成龍;王正偉;朱華君;王永琛;張秀奎;吳葉超
• 申請（專利權）人: 星恒電源股份有限公司
• 主分類號: C01G45/12
• 分類號: C01G45/12;H01M4/1391;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種鋰含量可控的富鋰錳正極材料的制備方法，其特征在于將二氧化錳、導電劑和粘結劑在N?甲基吡咯烷酮中混合均勻，涂布在鋁箔上并烘干，將其連接放電儀器的正極作為正極片，放電儀器的負極連接金屬鋰，將正極片和金屬鋰置于同一個容器中，并加入溶解鋰鹽的有機溶劑，通過控制放電容量制備鋰錳比可控的兩種前驅體；混合燒結得到富鋰錳正極材料，通過控制兩種前驅體的質量比，即可得到不同鋰含量的富錳鋰材料。本發明可實現精確的鋰錳比的控制，便于實現大規模生產，又可以根據客戶的需求隨時調整鋰的含量，具有廣泛的適用性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池的制備，具體涉及一種鋰含量可控的富鋰錳正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為重要的電化學儲能裝置，在消費類電子、儲能電池和動力電池領域均有巨大的應用和發展前景，但目前鋰離子電池的能量密度只有汽油的1/50到1/100，這是限制鋰離子電池廣泛應用的短板。尤其是電池中的正極材料，目前常規的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料克容量通常低于200mAh/g，甚至低于150mAh/g，因此，提升正極材料的克容量，是鋰離子電池能量密度提升的重點。富鋰錳類正極材料能夠實現250mAh/g以上的克容量，電池能量密度可達到350Wh/kg，被認為是下一代的正極材料。

富鋰錳正極材料具有層狀結構，可認為是Li₂MnO₃和LiMO₂按一定比例復合的固溶體材料x Li₂MnO₃- (1-x) LiMO₂，通過調控x值，可以得到不同鋰含量的富鋰錳正極材料，滿足不同的容量和循環需求。目前富鋰錳正極材料常見的制備方法主要有固相反應法、共沉淀法、溶膠凝膠法、噴霧干燥法等。傳統的固相反應法簡單且批量生成容易，但存在著混料不均、固固接觸不好、鋰鹽在高溫下揮發、重復性不好等問題。共沉淀法制備的產品均勻性較好，但需要大量的絡合劑，化學組成難以精確控制。溶膠凝膠法往往選用價格昂貴的有機溶劑，成本較高，量產困難。噴霧干燥法設備復雜，占地面積大、能耗較高，也不利于大規模生產。

因此，提供一種新的富鋰錳正極材料的制備方法，以實現其中鋰含量的精確可控，對于滿足鋰離子電池的不同容量和循環需求，有著重要的意義。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種鋰含量可控的富鋰錳正極材料的制備方法，控制最終產物中的鋰含量，得到鋰含量精確可控的富鋰錳正極材料，以應用于鋰離子電池。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種鋰含量可控的富鋰錳正極材料的制備方法，包括以下制備步驟：

(1) 制備前驅體A：將二氧化錳、導電劑和粘結劑在N-甲基吡咯烷酮中混合均勻，涂布在鋁箔上并烘干，將其連接放電儀器的正極作為正極片，放電儀器的負極連接金屬鋰，將正極片和金屬鋰置于同一個容器中，并加入溶解鋰鹽的有機溶劑組成原電池，放電至預定容量a，取出正極片，烘干后將表面涂布層從鋁箔上取下，得到粉料狀的前驅體A；

(2) 制備前驅體B：將二氧化錳、導電劑和粘結劑在N-甲基吡咯烷酮中混合均勻，涂布在鋁箔上并烘干，將其連接放電儀器的正極作為正極片，放電儀器的負極連接金屬鋰，將正極片和金屬鋰置于同一個容器中，并加入溶解鋰鹽的有機溶劑組成原電池，放電至預定容量b，取出正極片，烘干后將表面涂布層從鋁箔上取下，得到粉料狀的前驅體B；

(3) 根據需要控制的鋰含量確定前驅體A和前驅體B的質量比，將前驅體A和前驅體B混合，高溫燒結得到富鋰錳正極材料。

優選的技術方案，步驟(1)中，放電至容量為616.6mAh/g×二氧化錳克數；步驟(2)中，放電至容量為308.3 mAh/g×二氧化錳克數。