一种高电位锂电池正极材料镍锰酸锂的制备方法
【专利说明】
[0001]【技术领域】
本发明涉及电池材料技术领域，特别涉及一种高电位锂电池正极材料镍锰酸锂的制备方法。
[0002]【【背景技术】】
当前，锂离子电池的功率密度和工作电压等性能主要受其正极材料性能的制约。5V高比功率、高比容量的LiNia 5MnL 504正极材料有多种制备方法，主要分为两大类合成方法:固相合成法，包括高温固相合成法、机械化学法、熔融浸渍法和微波合成法等；液相合成法，包括溶胶凝胶法、水热合成法和共沉淀法等；存在如下缺陷:
1.已有的固相合成法，工艺简单，但缺点是合成温度高、时间长、能耗大、生产效率低，合成材料的颗粒大、均匀性差、化学计量比难以控制。
[0003]2.已有的液相合成法，可以明显降低反应温度，缩短反应时间，合成材料的颗粒粒径小，但金属醇盐种类少、制备时间长、工艺复杂，真空热处理过程难以控制，成本很高。
[0004]【
【发明内容】
】
本发明的目的在于提供一种先液相合成方法制备产物溶胶凝胶前驱体，再用自蔓延燃烧固相合成方法最终制得目标产物的高电位锂电池正极材料镍锰酸锂的制备方法，解决现有技术中工艺复杂，操作难，能耗高，成本高，不易实现大规模工业化生产的技术问题。
[0005]本发明是这样实现的，一种高电位锂电池正极材料镍锰酸锂的制备方法，所述方法包括如下步骤:
A.锂盐锰盐材料准备:将锂盐材料、锰盐材料和镍盐材料按锂离子、锰离子、镍离子的化学计量比为1:0.5:1.5准确的称量，溶于适量去离子水中得到溶液A ;
B.加入分散剂:用柠檬酸作为分散剂，按每300ml的溶液A加入0.08-1.2mol/L浓度的柠檬酸10-60ml的比例将分散剂与溶液A混合，得到溶液B ；
C.湿凝胶的制备:将溶液B放入水浴锅中，向里面加入适量氨水使其ph值调节到6-8，得到混合溶液，然后将混合溶液在50-95°C的水浴中加热搅拌7-9小时，直至呈现出粘稠状湿凝胶时停止加热；
D.溶胶-凝胶前驱体的制备:粘稠状湿凝胶经70°C— 90°C真空干燥后得到溶胶-凝胶前驱体；
E.燃烧:把干燥后的溶胶-凝胶前驱体放入坩祸中，倒入适量燃料，点燃燃料，自蔓延燃烧5-10分钟，得到正极材料镍锰酸锂，即LiNia5Mnh5CV
[0006]本发明的进一步技术方案是:步骤A中所述锂盐材料为金属锂、氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、氯化锂、硫酸锂、硝酸锂中的一种或几种；所述锰盐材料为金属锰、氧化锰、碳酸锰、醋酸锰、氢氧化锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰中的一种或几种；所述镍盐材料为金属镍、氧化镍、碳酸镍、醋酸镍、氢氧化镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的一种或几种。
[0007]本发明的进一步技术方案是:所述步骤A中的去离子水为:阳离子含量 Fe〈0.005mol/L, Cu〈0.005mol/L, AK0.005mol/L, Ni〈0.005mol/L, Zn〈0.02mol/L, Cr<0.005mol/L, Na<0.0lmol/L, K<0.02mol/L,阴离子 C1〈0.01mol/L，Ν03〈0.02mol/L，S04〈0.02mol/L的去离子水。
[0008]本发明的进一步技术方案是:所述步骤B中的分散剂也可以是聚乙二醇。
[0009]本发明的进一步技术方案是:步骤D中所述真空干燥的真空度为1.33X 10_4pa。
[0010]本发明的进一步技术方案是:所述步骤E中所述燃料为乙醇、甲醇、脂类、醚类、汽油、柴油中的一种或几种。
[0011]本发明的有益效果是:本发明首先采用溶胶凝胶法制备LiNia5Mr^5O4正极材料前驱体，该方法可以实现反应物的原子级均匀混合、合成温度低，因而制备产物的粒径小(多为纳米级)、均一性好，比表面积大、形态和组成易于控制；然后，采用自蔓延燃烧法，使前驱体快速烧结成所需目标产物，该方法成本低，能耗小，生产效率高，容易实现大规模工业化生产，电池的比容量和循环寿命高。
[0012]【【附图说明】】
图1是本发明所述一种高电位锂电池正极材料镍锰酸锂一较佳实施的XRD图；
图2是本发明所述一种高电位锂电池正极材料镍锰酸锂一较佳实施的SEM图；
图3是本发明所述一种高电位锂电池正极材料镍锰酸锂一较佳实施的充放电曲线图。
[0013]【【具体实施方式】】
下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0014]一种高电位锂电池正极材料镍锰酸锂的制备方法，包括如下步骤:
A.锂盐锰盐材料准备:将锂盐材料、锰盐材料和镍盐材料按锂离子、锰离子、镍离子的化学计量比为1:0.5:1.5准确的称量，溶于适量去离子水中得到溶液A ;
B.加入分散剂:用柠檬酸作为分散剂，按每300ml的溶液A加入0.08-1.2mol/L浓度的柠檬酸10-60ml的比例将分散剂与溶液A混合，得到溶液B ；
C.湿凝胶的制备:将溶液B放入水浴锅中，向里面加入适量氨水使其ph值调节到6-8，得到混合溶液，然后将混合溶液在50-95°C的水浴中加热搅拌7-9小时，直至呈现出粘稠状湿凝胶时停止加热；优选的，用十字转子搅拌，搅拌较为均匀，最后得到的粘稠状湿凝胶应呈玻璃绿色；
D.溶胶-凝胶前驱体的制备:粘稠状湿凝胶经70°C— 90°C真空干燥后得到溶胶-凝胶前驱体；干燥后得到溶胶-凝胶前驱体应呈玻璃绿色；
E.燃烧:把干燥后的溶胶-凝胶前驱体放入坩祸中，倒入适量燃料，点燃燃料，自蔓延燃烧5-10分钟，得到正极材料镍锰酸锂，即LiN1.5Mnl.504。
[0015]步骤A中所述锂盐材料为金属锂、氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、氯化锂、硫酸锂、硝酸锂中的一种或几种；所述锰盐材料为金属锰、氧化锰、碳酸锰、醋酸锰、氢氧化锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰中的一种或几种；所述镍盐材料为金属镍、氧化镍、碳酸镍、醋酸镍、氢氧化镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的一种或几种。
[0016]所述步骤A中的去离子水为:阳离子含量Fe〈0.005mol/L, Cu<0.005mol/L, AK0.005mol/L, Ni<0.005mol/L, Zn<0.02mol/L, Cr<0.005mol/L, Na<0.0lmol/L, K〈0.02mol/L，阴离子 CK0.0lmol/L, N03〈0.02mol/L，S04〈0.02mol/L 的去离子水。
[0017]所述步骤B中的分散剂也可以是聚乙二醇。
[0018]步骤D中所述真空干燥的真空度为1.33X10_4pa。
[0019]步骤E中所述