一種Li-Mn-Ni三元復(fù)合電池正極材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三元復(fù)合鋰離子電池正極材料及其制備方法，它是用鋰鹽（LiAC)和錳鹽（Mn(AC)2)、鎳鹽（Ni(AC)2)的飽和溶液按Li：Mn：Ni=l：0.5：0.5的比例混合，并不停搖勻，往混合溶液中先加入一定量檸檬酸（C6H807)飽和水溶液，然后用氨水將溶液pH值調(diào)至6.0-7.0，再將所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，當(dāng)溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱，將所得凝膠直接放入箱式爐在100-15CTC干燥脫水3-6小時(shí)，最后將所得干凝膠在放入高溫鍛燒10-15h，鍛燒后研磨即得到最終產(chǎn)品。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種Li-Mn-Ni三元復(fù)合電池正極材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池三元復(fù)合正極材料及其制備方法，特別涉及一種多晶 鋰錳鐵三元材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民物質(zhì)文化生活水平的提高，人們對(duì)電池的需求量越 來(lái)越大，對(duì)電池的性能的要求也越來(lái)越高。特別是隨著空間技術(shù)的發(fā)展和軍事裝備的需求， 信息和微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展所帶來(lái)的大量工業(yè)用、民用、醫(yī)用便攜式電子產(chǎn)品的問(wèn)世，電 動(dòng)汽車(chē)的研制和開(kāi)發(fā)，以及環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)體積小，重量輕，高能量，安全可 靠，無(wú)污染，可反復(fù)充電使用的電池的需求更加迫切。
[0003]鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早 出現(xiàn)的鋰電池來(lái)自于偉大的發(fā)明家愛(ài)迪生，使用以下反應(yīng)：Li+Mn02=LiMn02該反應(yīng)為氧化 還原反應(yīng)，放電。鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)倍受 青睞，但隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的性能也提出了更高的要求。正極材 料作為目前鋰離子電池中最關(guān)鍵的材料，它的發(fā)展也最值得關(guān)注。
[0004]目前常見(jiàn)的鋰離子電池正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰 和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰。其中，鈷酸鋰（Lic〇02)制備工藝簡(jiǎn)單，充放電電壓較高，循環(huán)性 硓優(yōu)異而獲得廣泛應(yīng)用。但是，因鈷資源稀少、成本較高、環(huán)境污染較大和抗過(guò)充能力較差， 其發(fā)展空間受到限制。錳酸鋰除了尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn 204外，還有層狀結(jié)構(gòu)的LiMn02。其中 層狀LiMn〇2比容量較大，但其屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在j ahn_Teller效應(yīng)而循 環(huán)性能較差。尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn20 4工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，充放電電壓高，對(duì)環(huán)境友好，安全性 $優(yōu)異，但比容量較低，高溫下容量衰減較嚴(yán)重。磷酸鐵鋰屬于較新的正極材料，其安全性 尚、成本較低，但存在放電電壓低（3_ 4V)、振實(shí)密度低、尚未批量生產(chǎn)等不足。上述幾種正極 材料的缺點(diǎn)都制約了自身的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)復(fù)合正極材料成了鋰離子電池正極材 料的研究方向之一。其中，層狀Li-Mn-Ni-Ο系列材料(簡(jiǎn)稱(chēng)三元材料)較好地兼?zhèn)淞烁髯缘?優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，具有高比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能較好等特點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池三元正極材料及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 采用溶膠凝膠法制備鋰離子電池三元正極材料。
[0007] -種鋰離子電池三元正極材料的制備方法，包括如下步驟： ⑴分別將鋰鹽（LiAC _2H20,分析純）和錳鹽（Mn(AC)2 _紐2〇,分析純）、鎮(zhèn)鹽（Ni(AC) ? 4H20,分析純）配成飽和溶液； 2 ⑵按Li :Mn :Ni= 1 :0_ 5 :0_ 5的比例混合步驟⑴所配的飽和溶液，并不停搖勻； ⑶住⑵中的加入一定里朽1橡酸（QH8。7 H20，分析純）飽和水溶液，并不停搖勻； ⑷加入用氨水將⑶中溶液pH值調(diào)至6· 0-7. Ο ; (5) 將⑷中所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為5〇-6(rC,攪拌速度為 100-120r/min ; (6) 當(dāng)(5)中溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱； (7) 將所得凝膠直接放入箱式爐在l〇〇-150°C干燥脫水3-6小時(shí)； ⑶將干凝膠在放入高溫鍛燒l〇-15h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
[0008] 本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和特性： ⑴原料各組分可達(dá)到原子級(jí)別的均勻混合，產(chǎn)物均勻性好； ⑵計(jì)量比可精確控制，產(chǎn)物純度高； ⑶產(chǎn)物顆粒尺寸小，粒徑分布窄，可通過(guò)改變工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制； ⑷熱處理溫度及熱處理時(shí)間可顯著降低。
[0009] 實(shí)施例一： 分別取一定量的鋰鹽（LiAC _ 2氏0,分析純）和錳鹽（Mn(AC)2 4H20,分析純）、鎮(zhèn)鹽 (Ni(AC)2*4H2〇，分析純），用去尚子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn:Ni = 1:0.5:0.5的 比例混合所配的飽和溶液，并不停搖勻，等混合均勻后，再慢慢加入一定量檸檬酸（CeH8〇7 _ H20,分析純）飽和溶液，加入同時(shí)要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調(diào)至6. 0,調(diào)好后8,7將 所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為50?，攪拌速度為l〇〇 r/min ;當(dāng)溶液 出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱；將所得凝膠直接放入箱式爐在1〇〇。(：干燥脫水3小時(shí)；將干 凝膠在放入高溫鍛燒10h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。 '
[0010] 實(shí)施例二： 分別取一定量的鋰鹽（LiAC · 2H20,分析純）和錳鹽（Mn(AC)2 . 4H20,分析純）、鎳鹽 (Ni (AC)2 _4H2〇,分析純），用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li :Mn :祖=1 :〇· 5 :0· 5的 t匕例混合所配的飽和溶液，并不停搖勻，等混合均勻后，再慢慢加入一定量檸檬酸（切辦_ H20,分析純）飽和溶液，加入同時(shí)要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調(diào)至6· 5,調(diào)好后，將 所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為55。〇,攪拌速度為ii〇 r/min ;當(dāng)溶液 出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱；將所得凝膠直接放入箱式爐在13(TC干燥脫水4. 5小時(shí)；將 干凝膠在放入高溫煅燒13h,然后研磨即得到最終產(chǎn)品。 '
[0011] 實(shí)施例三： 分別取一定量的鋰鹽（LiAC . 2H20,分析純）和錳鹽（Mn(AC)2 4H20,分析純）、鎳鹽 (Ni(AC)2_4H2〇,分析純），用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn: Fe = 1:0.5:0.5的 比例混合所配的飽和溶液，并不停搖勻，等混合均勻后，再慢慢加入一定量檸檬酸 （(：64〇7 . H20,分析純）飽和溶液，加入同時(shí)要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調(diào)至7. 0,調(diào)好后，將 所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為60。〇,攪拌速度為 120r/min ;當(dāng)溶液 出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱；將所得凝膠直接放入箱式爐在15〇。 (：:千燥脫水6小時(shí)；將干 凝膠在放入高溫煅燒15h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1· 一種鋰離子電池三元復(fù)合正極材料采用溶膠凝膠法制備方法。
2. 其特征在于，該制備方法按以下步驟進(jìn)行： ⑴分別將鋰鹽（LiAC，2H20,分析純）和錳鹽（Mn(AC)2 ·4Η20,分析純）、鎳鹽（Ni(AC), 4H20,分析純）配成飽和溶液； ⑵按Li :Mn :Ni= 1 :0· 5 :0· 5的比例混合步驟⑴所配的飽和溶液，并不停搖勻； ⑶往⑵中的加入一定量檸檬酸（C6H807 _ H20,分析純）飽和水溶液，并不停搖勻； ⑷加入用氨水將⑶中溶液pH值調(diào)至6. 0-7. 0 ; (5) 將(4)中所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱； (6) 當(dāng)(5)中溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱； (7) 將所得凝膠直接放入箱式爐中千燥脫水3-6小時(shí)； ⑶將干凝膠在放入高溫煅燒l〇-15h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述步驟⑶中，其特征在于，加熱溫度為50-60°C，攪拌速度為 100-120r/min。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述步驟⑴中，其特征在于，箱式爐保持的溫度控制在100-150°C范 圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述步驟(8)中，其特征在于，高溫煅燒溫度控制在在5〇〇_6〇〇°C范圍 內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H01M4/525GK104218240SQ201410454758
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】李夢(mèng)思 申請(qǐng)人:李夢(mèng)思