[发明专利]一种合成高振实密度尖晶石材料LiNi0.5Mn1.5O4的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料合成领域，适合高振实密度锂离子电池5V级正极材料的制备。

背景技术

一般将充放电平台在4.5V以上的锂离子电池正极材料称为高电位正极材料，或5V级正极材料，根据目前的研究结果，这类高电位正极材料主要有尖晶石型LiM_xMn_2-xO₄ (这里0≤x≤1 ，M为铁、铜、钴、镍、铬及其同族的过渡金属元素)、橄榄石型LiMPO₄ (M为钴、镍、铬及其同族的过渡金属元素)、及其它一些层状结构的材料。其中，具有4.7V电压平台的尖晶石性镍锰酸锂材料（化学式为：LiNi_0.5Mn_1.5O₄），无论是从理论计算还是从实验室的制备研究中均被证实具有优异的应用前景，是目前高电位材料开发的一个热点。

具有5V级充放电平台的高电位材料镍锰酸锂因比传统的钴酸锂电压（3.7V）高30%以上，适合于大功率电池的需要。经过多年的发展，随着高电位材料配套技术（例如高电位电解液）的发展，高电位材料镍锰酸锂逐渐从制备技术、基础电化学性能研究等走向实用化开发。例如，日本大阪城市大学的Ohzuku与SANYO电子合作组装的“镍锰酸锂-钛酸锂”电池在2C下循环2000次后还有90%的容量保持率；韩国LG化学试制了600mAh的“镍锰酸锂-石墨”软包电池；法国CEA下属的liten公司试制了2Ah的“镍锰酸锂-石墨”软包电池；以色列的ETVM公司则将这种类型的“镍锰酸锂-石墨”电池成功应用在遥控飞机上。其它方面，日本的大金工业针对高电位镍锰酸锂的应用要求也推出了可用于4.7V电压平台的含氟电解液体；美国Enerdel公司则在美国能源部的资助下正开展可用于插电式混合动力车用“镍锰酸锂-钛酸锂”电池研究

从目前来看，高电位正极材料镍锰酸锂的产业化开发已经迎来了重要的机遇，特别是在国家新能源产业快速发展的形势下，针对现有各种正极替代材料在实用中出现的种种问题，以及在大型动力电池领域、储能电池领域等对新一代电池材料的安全性、使用寿命、成本等方面提出的苛刻要求，高电位镍锰酸锂材料是最有希望在锂电行业取得革命性突破的锂离子正极材料，成为新能源领域的重要角色。

于作龙等采用乙醇为分散介质来制备镍锰酸锂材料（CN 101844817 A），该专利所述的“溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法”因为要经过一个含大量乙醇溶胶的燃烧过程而可能导致燃烧爆炸安全隐患限制了其在工业化大生产中的应用。此外，包括上述专利在内的多篇文献报道的液相法制备镍锰酸锂的路线往往不易提高产物的振实密度，这也限制了所制备电极材料在实际电池生产工艺中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、易规模化、工业操作安全性高的用于制备高振实密度5V级锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的方法，

用于制备高振实密度5V级锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的方法：将原料配制成溶胶，将该溶胶经预烧、正式煅烧处理得到最终产物。该过程具有成胶方法简单，生产周期短，能耗低、规模化生产中安全隐患少、生产成本少等特点，且通过该方法制备的尖晶石型镍锰酸锂正极材料产品纯度高、振实密度高、产物颗粒均匀，电化学性能稳定。

以下是关于本发明“一种制备高振实密度5V级锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的方法”的叙述：

本发明的制备方法包括以下工艺步骤：

将特定比例的锂盐、镍盐、锰盐、助剂溶解在去离子水中，搅拌并加热使之形成溶胶混合物；

将该溶胶在特定温度下经特定时间预烧后得到初产物；

将初产物在特定温度下经特定时间高温正式煅烧后得到最终产品。

按照本发明提供的的技术路线，其特征在于：采用去离子水为溶剂，以锂、镍、锰化合物及相关助剂为原料，形成溶胶，实现在分子水平上的均匀分散，经必要的干燥、脱水、低温预烧、高温煅烧，最终形成电化学性能优良的镍锰酸锂产品。