[发明专利]纳米级层状-尖晶石复合结构富锂正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米级层状-尖晶石复合结构富锂正极材料制备方法，属于锂离子电池正极材料制备技术。

背景技术

目前世界各国对环境保护和可持续发展的要求不断提高，电动汽车行业呈现蓬勃发展的态势。锂离子电池作为二十一世纪的一种先进的绿色高能环保型二次电池，目前已经广泛应用于手机、笔记本电脑等便携装置，锂离子电池良好的电化学性能使其有望应用于电动汽车上。但是目前锂离子电池正极材料的放电容量较低（<200mAh/g）,还不能满足电动汽车/混合动力汽车行业对电池的要求。

富锂层状-尖晶石材料XLi₂MnO₃·LiMO₂- (1-X) LiMn_1.5Ni_0.5O₄ (M=NiCo、Mn、Ni_0.5Mn_0.5、Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3等) 具有高比容量、结构稳定、倍率性能和循环性能优越的特点，其中层状部分Li₂MnO₃·LiMO₂在充电到4.8V以上时具有较高的比容量 (>220mAh/g)，尖晶石部分LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有三维的间隙使锂离子能够快速的嵌入和脱出，因而具有良好的倍率性能。同时层状部分Li₂MnO₃·LiMO₂和尖晶石部分LiNi_0.5Mn_1.5O₄是可兼容的。因此新型富锂层状-尖晶石材料以其优越的电化学性能有望应用于电动汽车以及大规模储能领域，因此得到了广泛的研究。

 目前这种层状-尖晶石复合结构富锂正极材料主要是利用共沉淀法合成，该方法的主要步骤为：用化学沉淀法合成镍锰二元材料前驱体颗粒（Mn_0.75Ni_0.25）CO₃，共沉淀获得的（Mn_0.75Ni_0.25）CO₃前驱体经过滤、清洗、干燥后研磨得到前驱体粉末，获得的碳酸盐前驱体粉末和碳酸锂以一定得比例充分混和均匀，混合均匀的粉末置于管式炉中在不同温区分别煅烧，然后随炉冷却，得到富锂层状-尖晶石复合结构的正极材料。S-H. Park等人（Electrochemistry Communications 9 (2007) 262-268）用共沉淀方法合成了富锂层状-尖晶石复合结构的锂离子电池正极材料，制成电池后循环性能良好，但是共沉淀方法存在步骤繁琐，沉淀过程中需要严格控制沉淀温度和pH值，而且难以沉淀成粒径均匀的球形，后续的焙烧过程，工艺繁琐，反应不易控制。该方法得到的产物均为微米级的球形，不能形成纳米级的颗粒。

经过检索发现目前只有外加法合成层状结构和尖晶石结构的混合正极材料以及用共沉淀法合成微米级层状-尖晶石材料的报导。尚未发现用水热法合成具有纳米级富锂层状-尖晶石复合结构的正极材料的论文或专利。

发明内容

本发明目的在于提供一种纳米级层状-尖晶石复合结构富锂正极材料制备方法，该方法过程简单，可控性好。所制备的锂离子电池正极材料具有良好的电化学性能。

本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种纳米级层状-尖晶石复合结构富锂正极材料制备方法，所述的纳米级层状-尖晶石复合结构富锂正极材料的分子式为X(Li₂MnO₃·LiMn_0.5Ni_0.5O₂)- Y LiMn_1.5Ni_0.5O₄，式中：X=0.63～0.73;Y=0.27～0.37,其特征在于包括以下过程：

（1）将硫酸锰、硫酸镍、过硫酸铵溶解在去离子水中，配制成含锰离子浓度为0.1～0.5mol/L，镍离子浓度为0.1～0.2mol/L，铵离子浓度为0.1～1mol/L的混合溶液，室温下密封搅拌30min～60min，得到混合均匀的溶液； 

（2）室温下密封搅拌，将氢氧化锂溶解在去离子水中，配制成浓度为1～5mol/L的均匀溶液；