[发明专利]镍锰酸锂正极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法和锂离子电池。上述镍锰酸锂正极材料的制备方法包括：将锂源、镍源、锰源、水、β‑环糊精、络合剂及碱性调节剂进行凝胶反应，得到前驱体凝胶，其中，锂源中的锂元素、镍源中的镍元素以及锰源中的锰元素的摩尔比为(1.00～1.06):(0.45～0.55):(1.45～1.85)；对前驱体凝胶进行脱水及煅烧过程，得到镍锰酸锂正极材料。上述制备方法能够实现镍和锰的锚定，从而减少镍锰酸锂正极材料中锂离子与镍离子混排的几率，有利于提高其结构稳定性并形成尖晶石型结构，使制得的镍锰酸锂正极材料具有良好的首次放电效率、倍率性能、容量恢复和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，具体而言，涉及一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

电动汽车的动力电池需要具有高功率和高能量性能的特性。现在常用的动力电池主要有钴酸锂(LiCoO₂)电池、磷酸铁锂(LiFePO₄)电池和尖晶石镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)电池。其中，钴酸锂(LiCoO₂)电池工作放电电压平台比较低，只有3.7V，而且钴资源匮乏造成其制作成本增高，且其对环境有害。磷酸铁锂(LiFePO₄)电池的放电电压平台更低，只有3.2V。而尖晶石镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)材料是一种高比能量的材料，具有较高的理论容量(146.7mAh/g)、高电压平台(4.7V)以及优异的循环性能、容量损失率小、制备成本低和环境友好等特点，而且其能量密度高达650Wh/kg，因此具有极大潜力应用于高能量密度锂离子电池。

目前合成镍锰酸锂最常用的方法是固相合成法。固相合成法的制备过程包括以下三步，包括：按比例准确称量各原料，使各原料进行机械混合得到初始产物，研磨分散得到中间产物，高温煅烧得到最终产物。上述方法制备工艺简单，但存在物相分布不均匀、制备过程中易混入杂质以及制备所需温度高、能耗大的问题，上述问题会进一步影响锂离子电池的电化学性能。

为了解决上述问题，有报道采用溶胶凝胶法合成镍锰酸锂正极材料。溶胶凝胶法具有合成温度低、产物颗粒粒度小的优点，但现有报道的溶胶凝胶法制备过程中多采用单一络合剂，这使得络合效果差，而且制得的镍锰酸锂正极材料的结晶性差且纯度低，影响其电化学性能的发挥。在首次充电过程中，锂层和过渡金属层中的锂离子均可以脱出，但在放电时，若正极材料中存在锂离子与镍离子的混排，会导致一部分锂无法回到镍锰酸锂正极晶格中，会导致材料的首次放电效率降低。

在此基础上，研究并开发出一种能够提高镍锰酸锂正极材料结构稳定性的制备方法，对于减缓阳离子混排现象以及提升镍锰酸锂正极材料的首次放电效率、倍率性能、容量恢复和循环稳定性等电化学性能具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法和锂离子电池，以解决现有溶胶凝胶法制得的镍锰酸锂正极材料存在结构稳定性差，导致其电化学性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，上述镍锰酸锂正极材料的制备方法包括：将锂源、锰源、镍源、水、β-环糊精、络合剂及碱性调节剂进行凝胶反应，得到前驱体凝胶，其中，上述锂源中的锂元素、上述镍源中的镍元素以及上述锰源中的锰元素的摩尔比为(1.00～1.06):(0.45～0.55):(1.45～1.85)；对上述前驱体凝胶进行脱水及煅烧过程，得到上述镍锰酸锂正极材料。

进一步地，上述镍元素、上述β-环糊精与上述络合剂的摩尔比为(0.45～0.55):(0.0022～0.022):(0.0045～0.12)。

进一步地，上述β-环糊精与上述络合剂的摩尔比为(0.17～0.22):1。