一種鎳錳酸鋰的制備方法、正極材料和鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎳錳酸鋰的制備方法、正極材料和鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，伴隨著移動電話、筆記本式個人計算機(jī)等便攜式電子設(shè)備的普及，使具有高能量密度的小型且輕量的二次電池的開發(fā)受到了重視；另外，作為以混合動力及純電動汽車為首的電動汽車用的電池，也使高能量密度、高安全性二次電池的開發(fā)受到了重視；作為滿足上述要求的二次電池，鋰離子二次電池是首選的電池。
[0003]鋰離子二次電池由負(fù)極、正極、電解液等構(gòu)成，以層狀或尖晶石型鋰金屬復(fù)合氧化物作為正極材料的鋰離子二次電池，能夠獲得4V級別的高電壓，這種電池具有較高的能量密度。當(dāng)前，人們提出了比較容易合成的層狀鋰鈷復(fù)合氧化物(LiCoO2)、廉價的鋰鎳復(fù)合氧化物(LiN12)及鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/302)、使用了尖晶石結(jié)構(gòu)鋰錳復(fù)合氧化物(LiMn2O4)等鋰復(fù)合氧化物正極材料；這些正極材料已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)階段，相比較以上幾種層狀正極材料，尖晶石鎳錳酸鋰(LiNia5Mr^5O4)具有更高的電壓、三維的Li+通道、便宜的價格，更優(yōu)異的循環(huán)性能、更高的實(shí)際容量，這種鎳錳酸鋰正極材料具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]尖晶石鎳錳酸鋰(LiNia5Mr^5O4)的制備方法多種多樣，將鎳錳酸鋰進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的方法通常為:先利用共沉淀法制備前驅(qū)體Nia5Mnu(OH)4，然后利用高溫固相合成法制備鎳錳酸鋰?，F(xiàn)有技術(shù)提供的方法制備得到的鎳錳酸鋰中雜質(zhì)LixNi1 x02及N1難以避免，而且制備得到的鎳錳酸鋰的晶粒形狀一般都呈現(xiàn)板狀，電化學(xué)性能較差；另外制備得到的鎳錳酸鋰的振實(shí)密度也有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鎳錳酸鋰的制備方法，本發(fā)明提供的方法制備得到的鎳錳酸鋰晶粒為正八面體結(jié)構(gòu)，具有較好的電化學(xué)性能，而且這種方法制備得到的鎳錳酸鋰的雜質(zhì)含量低，振實(shí)密度高。
[0006]本發(fā)明提供了一種鎳錳酸鋰的制備方法，包括:
[0007]在胺類絡(luò)合劑、沉淀劑和氨水的作用下，將鎳鹽和錳鹽形成的混合溶液進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到Nia5Mnu(OH)4;所述胺類絡(luò)合劑包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、異丙胺、乙二胺、三乙醇胺或聯(lián)氨；所述Nia5Mnu(OH)4為高振實(shí)密度前驅(qū)體；
[0008]將Ni。.5MnL5 (OH) 4進(jìn)行煅燒，得到煅燒產(chǎn)物，所述煅燒的溫度為550°C?850°C ;
[0009]將所述煅燒產(chǎn)物和鋰化合物以第一速度從第一溫度升至第二溫度；然后以第二速度從第二溫度升至第三溫度進(jìn)行反應(yīng)，得到鎳錳酸鋰；所述第一速度為10°C /min?20°C /min，所述第二速度為1°C /min?5°C /min ；
[0010]所述第一溫度為400°C?500°C，所述第二溫度為800°C?850°C，所述第三溫度為851 cC ?100cC0
[0011]優(yōu)選的，所述共沉淀反應(yīng)過程中胺類絡(luò)合劑在胺類絡(luò)合劑、沉淀劑、混合溶液和氨水組成的反應(yīng)體系中的濃度為0.005mol/L?0.02mol/L。
[0012]優(yōu)選的，所述共沉淀反應(yīng)的氨值為4.0g/L?7.0g/L。
[0013]優(yōu)選的，所述沉淀劑為堿性溶液，所述堿性溶液中的堿性物質(zhì)包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰。
[0014]優(yōu)選的，所述共沉淀反應(yīng)的pH值為10?11.5。
[0015]優(yōu)選的，所述共沉淀反應(yīng)的溫度為40?70°C。
[0016]優(yōu)選的，所述煅燒產(chǎn)物和鋰化合物反應(yīng)完成后，將得到的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行退火處理，得到鎳錳酸鋰，所述退火處理的溫度為650°C?750°C。
[0017]優(yōu)選的，將所述反應(yīng)產(chǎn)物以第三速度降溫至退火處理溫度進(jìn)行退火處理，得到鎳錳酸鋰，所述第三速度為0.50C /min?1.5°C /min。
[0018]本發(fā)明提供的鎳錳酸鋰的制備方法，在制備Ni。.5Mn1.5 (OH) 4的過程中采用的絡(luò)合劑為胺類絡(luò)合劑，這種胺類絡(luò)合劑使制備得到的前驅(qū)體Ni。.5Mn1.5 (OH) 4具有較高的振實(shí)密度，從而使制備得到的鎳錳酸鋰的振實(shí)密度也較高；而且本發(fā)明將Nia5Mnu(OH)4在550°C?850°C的溫度下進(jìn)行煅燒，使Nia5Mnh5(OH)4B成了類晶石類氧化物，從而使制備得到的鎳錳酸鋰的晶粒為正八面體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的鎳錳酸鋰具有較好的電化學(xué)性能；并且本發(fā)明將煅燒產(chǎn)物和鋰化合物以較快的速度升溫后進(jìn)行反應(yīng)，使制備得到的鎳錳酸鋰中的雜質(zhì)含量較低，進(jìn)一步提高了鎳錳酸鋰的電化學(xué)性能；因此本發(fā)明提供的方法制備得到的鎳錳酸鋰的晶粒為正八面體結(jié)構(gòu)，這種鎳錳酸鋰的振實(shí)密度高、雜質(zhì)含量低、電化學(xué)性能較好。
[0019]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的方法制備得到的鎳錳酸鋰的振實(shí)密度> 1.80g/cm3，雜質(zhì)含量< 0.3%，0.1C首次放電克容量為136.5mAh/g?138.5mAh/g，100次循環(huán)后容量保有率為96%?98.5%。
[0020]此外，本發(fā)明提供的鎳錳酸鋰的制備方法工藝簡單、成本低廉，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。
[0021]本發(fā)明提供了一種正極材料，所述正極材料包括上述技術(shù)方案所述的方法制備得到的鎳錳酸鋰。
[0022]本發(fā)明提供的正極材料包括上述技術(shù)方案所述的鎳錳酸鋰，這種正極材料的振實(shí)密度高、雜質(zhì)含量低，電化學(xué)性能好。
[0023]本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極材料為上述技術(shù)方案所述的正極材料。
[0024]本發(fā)明提供的鋰離子電池的正極材料中包括上述技術(shù)方案所述的鎳錳酸鋰，這種鋰離子電池具有較好的電化學(xué)性能。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的Nia5Mnh5 (OH) 4的SEM圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的煅燒產(chǎn)物的XRD圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的鎳錳酸鋰的SEM圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的鎳錳酸鋰的XRD圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的鎳錳酸鋰的循環(huán)性能測試曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]本發(fā)明提供了一種鎳錳酸鋰的制備方法，包括:
[0033]在胺類絡(luò)合劑、沉淀劑和氨水的作用下，將鎳鹽和錳鹽形成的混合溶液進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到Nia5Mnu(OH)4;所述胺類絡(luò)合劑包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、異丙胺、乙二胺、三乙醇胺或聯(lián)氨；
[0034]將Ni。.5MnL5 (OH) 4進(jìn)行煅燒，得到煅燒產(chǎn)物，所述煅燒的溫度為550°C?850°C ;
[0035]將所述煅燒產(chǎn)物和鋰化合物以第一速度從第一溫度升至第二溫度；然后以第二速度從第二溫度升至第三溫度進(jìn)行反應(yīng)，得到鎳錳酸鋰；所述第一速度為10°C /min?20°C /min，所述第二速度為1°C /min?5°C /min ；
[0036]所述第一溫度為400°C?500°C，所述第二溫度為800°C?850°C，所述第三溫度為851 cC ?100cC0
[0037]本發(fā)明在胺類絡(luò)合劑、沉淀劑和氨水的作用下，將鎳鹽和錳鹽形成的混合溶液進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到Nia5Mn1.5(0H)4。本發(fā)明通過采用胺類絡(luò)合劑使制備得到的Nia5Mr^5(OH)4S高振實(shí)密度的前驅(qū)體，從而使本發(fā)明制備得到的鎳錳酸鋰的振實(shí)密度較高。在本發(fā)明的實(shí)施例中，將絡(luò)合劑和沉淀劑的混合物、所述混合溶液和氨水并流加入進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到Nia5M