鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種用于制造鋰離子電池的鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法。其主要采用超聲輔助溶膠凝膠法制備納米級(jí)鏈形形貌的富鋰錳基固溶體正極材料，主要材料選用檸檬酸、乙二醇、氫氧化鋰、醋酸錳、硝酸鈷、碳酸鎳，其中檸檬酸和乙二醇在本制備方法中起絡(luò)合劑的作用，利用本方法制備的富鋰錳基固溶體正極材料，其化學(xué)式為aLi2MnO3·(1-a)LiCoxNiyMn1-x-yO2，0＜a＜0.5，0＜x＜1，0＜y＜1，其有益效果為導(dǎo)電率、材料的倍率性能和循環(huán)性能有顯著的提高，大大的增加了鋰電池的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種用于制造鋰離子電池的鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在鋰離子電池制造過(guò)程中使用的金屬氧化物鋰離子電池材料中，LiCo02(氧化鈷鋰)是目前商業(yè)化最成熟的材料之一，但是該材料因自身的局限性，存在安全性差，耐過(guò)充性差、成本高以及對(duì)環(huán)境的污染等問(wèn)題，并且1^附02在合成的過(guò)程中對(duì)于環(huán)境及條件的要求非常苛刻、可逆性差，同樣存在穩(wěn)定性差，容易引起安全隱患的問(wèn)題。
[0003]在鋰離子電池制造過(guò)程中，還有使用錳系LiMn02作為鋰電池正極材料的，但該材料雖然價(jià)格低廉、資源豐富，但是在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生層狀結(jié)構(gòu)向尖晶石型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致比容量衰減快，電化學(xué)性能不穩(wěn)定，而具有Co、N1、Mn三種金屬離子協(xié)同效應(yīng)的層狀三元材料LiCoxNiyMni_x_y02雖然有效彌補(bǔ)了 LiCo02、LiNi02、LiMn02各自的不足，具有比容量高、循環(huán)性能好、合成制備工藝簡(jiǎn)單、安全穩(wěn)定性能較好等優(yōu)點(diǎn)，但是其能量密度小，比容量低于200mAh/g，所以在動(dòng)力電池的應(yīng)用上受到了一定的限制。
[0004]近年來(lái)，有研究發(fā)現(xiàn)，在層狀氧化物材料中添加過(guò)量的鋰后得到一種新固溶體富鋰錳基正極材料，該材料可視為L(zhǎng)i2Mn03和LiCOxNiyMni_x_y02(0彡x彡1，0彡y彡1)的固溶體。該材料在4.6V電壓下仍能保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，比容量可達(dá)到200mAh/g以上，具有較高的能力密度，另外，該材料主要以Μη元素為主，使其在價(jià)格和安全性方面都具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)環(huán)境更為友好，被眾多學(xué)者視為下一代動(dòng)力鋰離子電池首選的正極材料之一，但是富鋰錳基正極材料電導(dǎo)率偏低，循環(huán)過(guò)程容量衰減快，大電流放電及高倍率性能差，該缺點(diǎn)極大的限制了富鋰錳基正極材料在動(dòng)力電池上的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決富鋰錳基作為正極材料時(shí)，其自身存在的缺陷，便于富鋰錳基正極材料的推廣使用，需要解決富鋰錳基固溶體正極材料電導(dǎo)率偏低、循環(huán)過(guò)程容量衰減快、大電流放電及高倍率性能差的問(wèn)題，以求解決富鋰錳基作為正極材料時(shí)的自身缺陷。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法，其特征在于采用超聲輔助溶膠凝膠法制備了納米級(jí)鏈形形貌的富鋰錳基固溶體正極材料，化學(xué)式為 aLi2Mn03.(1-a) LiCoxNiyMni_x_y02,0 < a < 0.5,0 < x < 1,0 < y < 1，使用該方法能顯著地改善富鋰錳基固溶體正極材料的電化學(xué)性能。
[0007]本發(fā)明提出的鋰離子電池用納米級(jí)鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法包括以下步驟:
[0008](1)將檸檬酸和乙二醇按摩爾比1:5的比例加入到去離子水中，超聲70分鐘，使之溶解為澄清溶液A ；
[0009](2)將氫氧化鋰、醋酸錳、硝酸鈷、碳酸鎳按金屬離子總量和檸檬酸的摩爾比為1:2的比例，加入到步驟(1)的溶液A中，超聲70分鐘，使之溶解；然后滴加乙二酸，將PH值調(diào)節(jié)為6 ;再置于攪拌鍋中在40°C的恒溫下，攪拌7小時(shí)至溶液呈膠狀，形成濕凝膠B ；
[0010](3)將步驟(2)的凝膠B置于高溫烘箱中，在100°C的溫度下干燥6小時(shí)至呈現(xiàn)膨松狀固體，制得膨松狀干凝膠，然后對(duì)膨松狀干凝膠進(jìn)行研磨，后得到前驅(qū)體粉末C ；
[0011](4)將步驟(3)的前驅(qū)體粉末C置于馬弗爐中，以每分鐘6°C的升溫速率升溫至300°C，反應(yīng)15小時(shí)，然后自然冷卻到室溫后取出然后進(jìn)行研磨，即可得到鋰離子電池用納米級(jí)鏈形富鋰錳基固溶體正極材料。

【具體實(shí)施方式】
[0012]為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0013]實(shí)施例1:
[0014]一種鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法，采用以下步驟:
[0015](1)將檸檬酸和乙二醇按摩爾比1:5的比例加入到去離子水中，超聲70分鐘，使之溶解為澄清溶液A ；
[0016](2)將氫氧化鋰、醋酸錳、硝酸鈷、碳酸鎳按金屬離子總量和檸檬酸的摩爾比為1:2的比例，加入到步驟(1)的溶液A中，超聲70分鐘，使之溶解；然后滴加乙二酸，將PH值調(diào)節(jié)為6 ;再置于攪拌鍋中在40°C的恒溫下，攪拌7小時(shí)至溶液呈膠狀，形成濕凝膠B ；
[0017](3)將步驟(2)的凝膠B置于高溫烘箱中，在100°C的溫度下干燥6小時(shí)至呈現(xiàn)膨松狀固體，制得膨松狀干凝膠，然后對(duì)膨松狀干凝膠進(jìn)行研磨，后得到前驅(qū)體粉末C ；
[0018](4)將步驟(3)的前驅(qū)體粉末C置于馬弗爐中，以每分鐘6°C的升溫速率升溫至300°C，反應(yīng)15小時(shí)，然后自然冷卻到室溫后取出然后進(jìn)行研磨，即可得到鋰離子電池用納米級(jí)鏈形富鋰錳基固溶體正極材料。
【權(quán)利要求】
1.一種鏈形富鋰錳基固溶體正極材料的制備方法，其特征在于采用以下步驟: (1)將檸檬酸和乙二醇按摩爾比1:5的比例加入到去離子水中，超聲70分鐘，使之溶解為澄清溶液A ； (2)將氫氧化鋰、醋酸錳、硝酸鈷、碳酸鎳按金屬離子總量和檸檬酸的摩爾比為1:2的比例，加入到步驟⑴的溶液A中，超聲70分鐘，使之溶解；然后滴加乙二酸，將PH值調(diào)節(jié)為6 ;再置于攪拌鍋中在40°C的恒溫下，攪拌7小時(shí)至溶液呈膠狀，形成濕凝膠B ; (3)將步驟(2)的凝膠B置于高溫烘箱中，在100°C的溫度下干燥6小時(shí)至呈現(xiàn)膨松狀固體，制得膨松狀干凝膠，然后對(duì)膨松狀干凝膠進(jìn)行研磨，后得到前驅(qū)體粉末C ； (4)將步驟(3)的前驅(qū)體粉末C置于馬弗爐中，以每分鐘6°C的升溫速率升溫至300°C，反應(yīng)15小時(shí)，然后自然冷卻到室溫后取出然后進(jìn)行研磨，即可得到鋰離子電池用納米級(jí)鏈形富鋰錳基固溶體正極材料。
【文檔編號(hào)】H01M4/525GK104300144SQ201410484297
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】孫琦, 李巖, 孫慧英 申請(qǐng)人:青島乾運(yùn)高科新材料股份有限公司