[发明专利]一种球形5V尖晶石镍锰酸锂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池正极材料领域，尤其涉及一种球形5V尖晶石镍锰酸锂材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点，是目前综合性能最好的电池体系，也是可适用范围最广的电池体系。经过十几年的快速发展，锂离子电池产业链在中国已经日趋成熟，其技术性能、成熟度以及产业化已达到相当规模，在未来一段时期内将是新能源以及电动汽车产业电池配套的首选，具备绝对的推广与应用优势和巨大的发展空间。众所周知，锂离子电池的性能主要取决于锂离子电池材料的结构和性能。锂离子电池材料主要包含正极材料、负极材料、隔膜和电解液，其中正极材料直接决定了锂离子电池的能量密度和使用寿命等性能，是锂离子电池性能的关键影响因素。

正极材料中5V尖晶石型镍锰酸锂是在尖晶石型锰酸锂基础上发展起来的，与锰酸锂一样是具有三维锂离子通道，可逆比容量为146.7mAh/g，与锰酸锂几乎相同，但电压平台为4.7V左右，比锰酸锂的4V电压平台要高出15％以上。该材料应用于锂离子动力电池，将使电池系统的能量密度得到较大提高，相同组输出电压下串联单体数量减少，有助于提高电池组的可靠性，是发展能量密度高、倍率性能好锂离子动力电池的关键原材料。

目前，5V尖晶石型镍锰酸锂的制备方法主要有二种，一是液相法：首先通过共沉淀生成球形镍锰前驱体，然后混入锂源高温焙烧制备得到最终产品；二是固相法：首先把锂源、镍源、锰源混合均匀，然后高温焙烧制备得到最终产品。但液相法工艺控制复杂，生产成本高；固相法元素混合不均匀，产品一致性和稳定性差，且颗粒形貌不规则，影响产品加工性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种球形5V尖晶石镍锰酸锂材料的制备方法，综合了现有液相法和固相法的优点，省去了液相法所必须的沉淀锂源、镍源、锰源的步骤，并能克服固相法元素混合不均的缺陷。

为此，本发明的技术方案如下：

一种球形5V尖晶石镍锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将锂盐、镍盐、锰盐、粘结剂溶解于去离子水中，得到物料I；所述粘结剂为可溶于水的聚合物；同时，锂盐、镍盐、锰盐均可溶于水；

其中，元素摩尔比满足Li：Ni：Mn＝(1～1.05)：0.5：1.5，所述粘结剂的质量为锂盐、镍盐和锰盐质量和的5～10％；

2)将所述物料I喷雾干燥，干燥温度为240～280℃，得到物料II；

3)将所述物料II在空气气氛中进行一次焙烧，焙烧温度为800～900℃，焙烧时间为4～12h，得到物料III；

4)将所述物料III和醋酸盐，加入去离子水中，高速搅拌混合均匀，得到物料IV；

其中，所述醋酸盐的质量为物料III质量的2～5％；

5)将所述物料IV喷雾干燥，干燥温度为240～280℃，得到物料V；

6)将所述物料V在空气气氛中进行二次焙烧，焙烧温度为450～550℃，焙烧时间为6～12h，即得所述球形5V尖晶石镍锰酸锂材料。

进一步：步骤1)所述锂盐为硝酸锂。

进一步，步骤1)所述镍盐为硝酸镍。

进一步，步骤1)所述锰盐为硝酸锰。

进一步，步骤1)所述粘结剂为聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。

进一步，步骤4)所述醋酸盐为醋酸锌、醋酸铜、醋酸镁或醋酸铝。

本发明的有益效果是：步骤1)选用锂盐、镍盐、锰盐和粘结剂共同溶解的方式进行，既能保证各元素混合均匀，又省去了液相法中对工艺有高要求的共沉淀步骤。在二次焙烧前利用醋酸盐包覆物料是为了在5V尖晶石镍锰酸锂表面包覆一层物质，以隔绝电解液的侵蚀，抑制锰的溶解，提高循环性能。本专利中所用的醋酸锌、醋酸铜、醋酸镁或醋酸铝均可溶解于水保证了包覆的均匀性，焙烧后生成的锌、铜氧化物可以有效隔绝电解液，达到提高5V尖晶石镍锰酸锂循环性能的目的。

附图说明

图1为本发明提供的球形5V尖晶石镍锰酸锂材料的制备方法的工艺流程图；

图2为实施例1制得产品的SEM照片。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例1

一种球形5V尖晶石镍锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将1mol硝酸锂、0.5mol硝酸镍、1.5mol硝酸锰和质量为上述三种物质质量和5％的聚乙二醇溶解于去离子水中，得到物料I；