一种富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法，制备过程由如下步骤组成：先将金属锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于去离子水中，混合形成透明的溶液，再向透明的溶液中加入蔗糖，搅拌直至透明，然后将溶液加热，不断搅拌蒸发除去溶液中的水份，先形成溶胶，最后得到凝胶；2)将该凝胶在500℃～550℃第一次煅烧2h～4h除去有机成分，经研磨后再在800℃～900℃第二次煅烧15h～20h，制备过程大大简化，无需精确控制共沉淀体系的温度、pH值、进料速度等，有效改善了一次颗粒间的接触，有效提高了材料的倍率性能。
【专利说明】一种富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池目前已经在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器等上得到了广泛的应用。与传统的二次电池相比，锂离子电池具有平台电压高(约3.2?3.7V)、能量密度高、无记忆效应等优点。早期商品化生产的锂离子电池主要采用LiCo02为正极材料，LiCo02具有较高的容量和较好的稳定性，但是这种正极材料存在性能上、经济上、环境上的问题，需要人们开发新的正极材料体系来满足人们对储能电池能量密度、功率密度、安全性、低成本等的需求。hzuku和Makimura等在文献“用于锂离子电池的层状锂离子插入型正极材料 LiCol/3Nil/3Mnl/302” (Chemistry Letters7 (2001) 642-643)中公开了LiMnl/3Nil/3Col/302，发现锰、镍、钴能有效的结合，在降低成本的同时也能形成三元的层状结构，其中锰元素为+4价，起到电荷补偿的作用，镍为+2价，是主要的氧化还原反应活性物质，而钴为+3价。但是其容量受限，在2.5?4.6V下放电容量约为200mAh/g。
[0003]为了提高电池的能量密度和功率密度，通过在三元体系中加入过量的锂和锰，形成富锂锰基的固溶体，可以得到具有高容量的形式为aLi2Mn03.(l_a)LiM02 (O彡a彡0.7，M = Mn, Ni, Co)的富锂锰基锂离子电池正极材料。该材料在2.0?4.8V的电化学窗口下其能放出约260mAh/g以上的容量，被认为是最具应用前景的高容量锂离子电池正极材料之一。但是该类富锂锰基锂离子电池正极材料的本身导电性差，使得大电流充放电下的性能仍不够理想，达不到实际应用的要求。特别是由于电导率较低的Li2Mn03相的存在和首次活化过程中产生的晶格有序度下降，使得锂离子的传输受到影响，因而该类富锂锰基锂离子电池正极材料的倍率性能成为其实际应用的瓶颈之一。
[0004]常用的制备这类富锂锰基锂离子电池正极材料的方法主要有:共沉淀法、微波加热法、溶胶凝胶法、离子交换法、固相反应法等。通过不同的制备方法来控制材料的形貌已经成为一种有效提高富锂锰基锂离子电池正极材料倍率性能的方法。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法，利用热处理过程中蔗糖能产生大量气体的特性，配合硝酸盐本身的强烈的氧化性的特点，控制气体产生的速度来获得具有网状多孔形貌的三元富锂锰基锂离子电池正极材料前驱体。再通过高温锻烧在形成富锂锰基锂离子电池正极材料层状结构的同时保持了网状多孔的形貌，使颗粒间拥有良好的接触，从而能够有效提高材料的倍率性能。
[0006]本发明的目的是通过如下的技术方案实现的，I)先将金属锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于去离子水中，混合形成透明的溶液，再向透明的溶液中加入蔗糖，搅拌直至透明，然后将溶液加热，不断搅拌蒸发除去溶液中的水份，先形成溶胶，最后得到凝胶；2)将该凝胶在500°C?550°C第一次煅烧2h?4h除去有机成分，经研磨后再在800°C?900°C第二次煅烧15h?20h，得到富锂锰基锂离子电池正极材料。
[0007]作为优选，所述的蔗糖的加入量为透明的溶液中总金属离子总摩尔量的15%?25%。
[0008]进一步地，将溶液加热至70°C?85°C。
[0009]本发明具有如下优点:本发明所述的富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法，与传统的共沉淀法相比制备过程大大简化，无需精确控制共沉淀体系的温度、PH值、进料速度等。并且得到的富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法具有网状多孔的形貌，有效改善了一次颗粒间的接触，有效提高了材料的倍率性能。利用本发明富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法制成的锂离子电池适用于电动汽车、混合动力汽车等应用领域，并能提供长久的使用寿命。
【具体实施方式】
[0010]实施例1
[0011]本发明的富锂锰基锂离子电池正极材料，制备过程由如下步骤组成:1)先将金属锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于去离子水中，混合形成透明的溶液，再向透明的溶液中加入蔗糖，搅拌直至透明，然后将溶液加热，不断搅拌蒸发除去溶液中的水份，先形成溶胶，最后得到凝胶；2)将该凝胶在500°C?550°C第一次煅烧2h?4h除去有机成分，经研磨后再在800°C?900°C第二次煅烧15h?20h，得到富锂锰基锂离子电池正极材料。
[0012]所述的蔗糖的加入量为透明的溶液中总金属离子总摩尔量的15%。
[0013]将溶液加热至75 °C。
[0014]实施例2
[0015]本发明的富锂锰基锂离子电池正极材料，制备过程由如下步骤组成:1)先将金属锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于去离子水中，混合形成透明的溶液，再向透明的溶液中加入蔗糖，搅拌直至透明，然后将溶液加热，不断搅拌蒸发除去溶液中的水份，先形成溶胶，最后得到凝胶；2)将该凝胶在500°C?550°C第一次煅烧2h?4h除去有机成分，经研磨后再在800°C?900°C第二次煅烧15h?20h，得到富锂锰基锂离子电池正极材料。
[0016]所述的蔗糖的加入量为透明的溶液中总金属离子总摩尔量的25%。
[0017]将溶液加热至85 °C。
[0018]本发明所述的富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法，与传统的共沉淀法相比制备过程大大简化，无需精确控制共沉淀体系的温度、PH值、进料速度等。并且得到的富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法具有网状多孔的形貌，有效改善了一次颗粒间的接触，有效提高了材料的倍率性能。利用本发明富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法制成的锂离子电池适用于电动汽车、混合动力汽车等应用领域，并能提供长久的使用寿命。
【权利要求】
1.一种富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法，其特征在于:包括以下步骤: I)先将金属锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于去离子水中，混合形成透明的溶液，再向透明的溶液中加入蔗糖，搅拌直至透明，然后将溶液加热，不断搅拌蒸发除去溶液中的水份，先形成溶胶，最后得到凝胶；2)将该凝胶在500°C?550°C第一次煅烧2h?4h除去有机成分，经研磨后再在800°C?900°C第二次煅烧15h?20 h，得到富锂锰基锂离子电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法，其特征在于，步骤I)中，所述的蔗糖的加入量为透明的溶液中总金属离子总摩尔量的15%?25%。
3.根据权利要求1所述的富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法，其特征在于，步骤I)中，将溶液加热至70°C?85°C。
【文档编号】H01M4/136GK104201334SQ201410384411
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】孙琦, 李岩, 孙慧英 申请人:青岛乾运高科新材料股份有限公司