[发明专利]一种锂离子电池锰基富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池锰基富锂正极材料及其制备方法。

背景技术

化石燃料是当今能源经济的基础，而由于化石燃料的使用所造成的一系列环境污染问题还有随着经济不断发展而产生的能源需求驱使着人们寻找更加清洁高效的能源。锂离子电池具有能量密度大和使用寿命长等特点，是一种发展前景广阔的电化学储能技术。因此发展锂离子电池是缓解环境污染和能源短缺的有效途径，而锂离子电池的正极材料约占电池制造成本的30-40％，对锂离子电池的工作电压、容量、寿命和成本等因素起决定性作用，是制约锂离子电池整体性能的重要因素。随着当前电子产品轻薄化和微型化的发展趋势，以及新能源汽车的发展，对动力系统电池的需求也日益扩大，但是如今常用的锂离子电池正极材料如钴酸锂所能达到的能量密度仅为140mAhg^-1，显然难以满足未来的需要，而锰基富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Ni，Co，Mn等)在2.0-4.8V的电压下能量密度可以达到250mAhg^-1以上，引起了广泛的关注。但是这类材料存在首次容量损失大，倍率性能较差以及电压降等的问题。因此制备不可逆容量损失小的锰基层状富锂氧化物是锂离子电池正极材料的重点研究方向之一。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种锂离子电池锰基富锂正极材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的锂离子电池锰基富锂正极材料。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池锰基富锂正极材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)在搅拌的条件下，按照0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂配给将LiAc·2H₂O、MnAc₂·4H₂O、NiAc₂·4H₂O以及CoAc₂·4H₂O加入到去离子水中，室温下搅拌溶解得到金属盐溶液；

(2)将所得金属盐溶液经蒸发、干燥，得到固体A；

(3)往固体A中加入LiCl和KCl作为混合熔盐，混合均匀后得到固体B；

(4)将所得固体B于700～900℃温度下烧制10～12小时，即可得到锂离子电池锰基富锂正极材料0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂。

优选地，步骤(2)中所述的蒸发是指在搅拌条件下和90～95℃温度下蒸发水分；所述的干燥是指置于鼓风干燥箱中100～120℃温度下鼓风干燥10～12小时。

优选地，步骤(3)中所述的混合熔盐中LiCl与KCl的摩尔比为1:1。

优选地，步骤(3)中所述熔盐的加入量与得到的锂离子电池锰基富锂正极材料0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂的摩尔比为(10～25):1。

一种锂离子电池锰基富锂正极材料0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂，通过上述方法制备得到。

本发明的原理是：在一般的固相法合成法中，物质的传质过程以扩散机制为主，微粒的扩散速率较慢离子需要在高温下发生迁移，形核与长核的阻力大，而在合成过程中加入熔盐后，在升温过程中反应体系的液相量增多，反应体系从固相反应转化为液相反应，随着加入熔盐的摩尔比增加，液相反应在反应体系中占主导地位，物质的传质过程基于变为液相的溶解-析出机制占优势，能量的传输效率更高，材料的结晶驱动力增加，加快晶体的生长速率，而熔质在熔液中快速流动，使得结晶形核速度也增大，从而提高材料的结晶度利于晶体结构的生长而且能够得到更加均匀的纳米颗粒。