[发明专利]一种锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料领域，具体涉及一种锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体的制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池已广泛应用于移动电话等小型电子设备，并已在电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)等交通工具上展现出广阔的应用前景。富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1－x)LiMO₂(M=Ni、Co、Mn中的一种或多种)，因具有高放电比容量、高能量密度、低成本等特点已引起了人们广泛关注。目前虽有一些合成方法，但成本过高或是对环境有较大污染，现有的制备方法均有一些缺点，对其合成方法的研究和改进一直是该领域的一个热点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体的制备方法。

为实现本发明的以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

a、制备有机相

在锥形瓶中按体积比（1-5）:1加入萃取剂和稀释剂，磁力搅拌下混合均一，之后加入体积比为1:1的氨水进行皂化，调pH为5~8，最后再加入0.01~1.0mol/L的混合金属离子溶液，继续搅拌0.5~2h后，倒入分液漏斗进行静置分液，此时液体分为上下两相，分出有机相，用去离子水洗涤两到三次即可获得负载金属离子的有机相；

b、水相的制备

称取化学计量比的锂源，配制0.1~1.0mol/L水溶液；

c、取代反应与晶体的生成，

将水相和有机相按（1-3）:1的体积比引入高压反应釜中，在磁力搅拌下，将温度加热至180~250℃，反应10~120分钟后停止加热，继续磁力搅拌直至反应降到室温；

d、产品处理

反应结束后，通过离心泵将固液分离，将有机相回收再利用，固体用无水乙醇及去离子水洗涤三到四次，在65-100℃下干燥1~6h，即可获得锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体。

所述步骤a中萃取剂为环烷酸和磷酸三丁酯的任一种，稀释剂为异辛醇。

步骤a中混合金属离子溶液为Ni²⁺，Co²⁺，Mn²⁺中的两种或三种。

混合金属离子溶液中Ni²⁺，Co²⁺，Mn²⁺盐的种类为硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐的任一种及以上。

步骤b中锂源为氢氧化锂和碳酸锂的任一种。

一种锂电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述正极采用了本发明制备的锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体。

本发明具有如下优点及有益效果：

（1）本发明的制备方法成本低，无污染，制程短，工艺简单，易于工业化，具有很好的应用发展前景。

（2）具有液相法如水热法及共沉淀法的某些优点

（3）通过使用有机萃取剂可以对混合金属离子进行提纯，降低对金属盐纯度的要求，反应结束后，有机萃取剂可以回收再利用，减少了化工品的消耗，同时也无环境污染问题

（4）节省了普通湿法后续的混锂球磨及高温烧结过程，可以直接合成纳米级的粉体

（5）整个反应过程耗时较短，制备工艺简单，原料来源广泛，成本较低。

附图说明

图1是实施例1锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体的XRD图谱。

图2是实施例1的正极材料制备的锂电池的充放电循环性能图

图3实施例1的正极材料制备的锂电池的在0.1C、0.2C、0.5C和1C电流密度下的充放电曲线。

图4是制备锂电池富锂锰基正极材料纳米粉体的工艺流程图。

具体实施方式

为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。

实施例1

1）制备有机相

在锥形瓶中按体积比2:1依次加入20mL工业级环烷酸和10mL异辛醇，磁力搅拌下混合均一，之后加入6mL的氨水（体积比为1:1）进行皂化，pH为8，最后再加入0.2mol/L的混合金属离子溶液200mL，其中混合金属离子为硫酸锰、硫酸镍和硫酸钴的摩尔比为0.54:0.13:0.13，继续搅拌1h后，倒入分液漏斗进行静置分液，此时液体分为上下两相，分液，用去离子水洗涤两到三次即可获得得30mL负载金属离子的有机相。

2）水相的制备