[发明专利]一种富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及的是一种富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有高能量、高容量、体积小、重量轻、对环境友好等优点，自商品化以来，已经在移动电话，笔记本电脑，数码相机等便携式电子产品上得到了广泛应用，并正朝向电动汽车，航空航天及军用通讯设备等领域取代传统能源供给，越来越广泛的需求对锂离子电池的温度特性有了更高的要求。在我国北方，电动汽车在冬季通常会遭遇-10℃以下的低温，许多军用设备也要求电源能在-20℃以下工作。而在低温环境，尤其是-20℃以下，锂离子电池的性能要远低于其常温性能。因此，改善锂离子电池的低温特性成为了推动锂离子电池应用和发展的一个重要方向。富锂锰基正极材料Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂是Li₂MnO₃与LiNi_0.5Mn_0.5O₂所形成的固溶体，YoungSH的文章报道Li[Ni_0.20Li_0.20Mn_0.60]O₂在2.0-4.8V，20mA/g充放电下，材料的首次放电比容量达到288mAh/g，高压下呈现出很高的放电比容量，目前已经在江特锂电池材料有限公司实现商品化，该材料还具有循环性能好，价格低廉等优点，是一种很有发展前景的锂离子电池正极材料。但是富锂锰基正极材料Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂存在电导率较低，低温性能较差等缺陷，这制约着其在电动汽车及航空航天等领域的应用，因此迫切需要对其进行低温性能改善，进一步推动其应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种富锂锰基正极材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种富锂锰基正极材料的制备方法，其步骤如下：

（1）将可溶性镍、锰、钴盐按摩尔比(x-y/2)/(x+(2-x)/3):[(2-x)/3-y/2]/(x+(2-x)/3):y/(x+(2-x)/3)溶于去离子水中，配制成金属离子总浓度为0.1～3mol/L的混合溶液，其中0＜x＜0.5，0≤y≤0.15；

（2）配制碱溶液或碱与氨水的混合溶液，碱溶液浓度为0.1～6mol/L；碱与氨水的混合溶液中碱的浓度为0.1～6mol/L，氨水浓度为0.05～3mol/L；

（3）在反应釜中加入占反应釜总容积20%～30%的去离子水，将（1）中配制的镍、锰、钴盐的混合溶液和（2）中配制的碱溶液或碱与氨水的混合溶液分别同时均匀连续地泵入到反应釜中，并对反应釜内的物料进行加热搅拌，控制反应釜内反应体系的温度、反应pH值，进行共沉淀反应，反应结束后将沉淀产物进行过滤、洗涤、烘干，得到前驱体[Ni_{(x-y/2)/(x+(2-x)/3)}Co_{y/(x+(2-x)/3)}Mn_{((2-x)/3-y/2)/(x+(2-x)/3)}](OH)₂；

（4）将（3）中制备的前驱体与锂的化合物按锂的摩尔数与镍、锰、钴总摩尔数之比为[(1+(1-2x)/3)/(x+(2-x)/3)+z]:1混合均匀，其中0＜x＜0.5，0≤y≤0.1，0≤z≤0.1；将混合好的粉料进行压实，然后在高温下进行烧结，得到富锂锰基正极材料。

所述的可溶性镍盐是硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、乙酸镍中的一种；可溶性锰盐是硫酸锰、氯化锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种；可溶性钴盐是硫酸钴、氯化钴、硝酸钴、乙酸钴中的一种。

所述的制备方法，步骤（2）中，所述碱溶液是氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾中的一种。

所述的制备方法，步骤（3）中，反应釜内反应体系的温度为40～60℃，反应pH值为9～12；反应pH值是通过调节镍、锰、钴盐的混合溶液和碱溶液或碱与氨水的混合溶液的流速来控制的。