[发明专利]一种无络合剂合成高振实密度、高容量球形富锂锰基正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种无络合剂合成高振实密度、高容量球形富锂锰基正极材料的方法，包括如下步骤：1)配制镍、钴、锰的可溶性盐的混合水溶液和沉淀剂溶液；2)量取沉淀剂溶液，并调节沉淀剂溶液的pH值，并加热；3)搅拌下，将镍、钴、锰的可溶性盐的混合水溶液和加热后的沉淀剂并流混合，共沉淀反应；4)共沉淀产物洗涤、干燥后得到镍钴锰沉淀前驱体；5)镍钴锰沉淀前驱体煅烧后得到氧化物复合物；6)将碳酸锂与氧化物复合物混合均匀，经过预锻烧和烧结，即得。采用碳酸盐共沉淀法，在无络合剂的条件下，改进烧结工艺，有效控制前驱体的颗粒大小和密度，制备出振实密度大、能量密度大、倍率性能佳的高容量球形富锂锰基正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的制备，特别涉及到一种无络合剂合成高振实密度、高容量富锂锰基正极材料的方法。

背景技术

随着化石能源的日渐枯竭以及目前面临的环境问题，绿色和可再生能源获得越来越多的研究和关注。电池作为一种快速实现化学能和电能相互转化的装置，是合理有效利用能源的重要媒介。锂离子电池因其比能量高、工作电压高、工作温度范围宽、储存寿命长等优势，已经在移动电话、笔记本电脑、摄像机等领域得到广泛的应用。此外，未来混合动力(HEV)及纯电动(EV)汽车、军事和空间技术等方面的应用对电池的能量密度、功率密度以及循环寿命提出更高的要求。因此，开发高性能(高能量密度、长寿命、安全性)、低成本的锂离子电池是移动电源产业发展的重点和热点，主要方向是开发适用于高性能锂离子电池的新型电极材料及其制备技术。最近，富锂锰基正极材料(Li_1+x[Ni_αCo_βMn_γ]_1-xO₂，其中α+β+γ＝1)具有理论容量高、工作电压高、成本低、安全性能好等优点，有望成为新一代的高能量密度的锂离子电池正极材料。

纵观锂离子电池的发展历史，可以清楚的看到其电极材料的发展正是围绕着提高电池的能量密度(主要是体积能量密度)这一需求展开的。提高锂离子电池的体积能量密度主要有三个途径：1)提高正极材料的振实(压实)密度；2)提高正极材料的可逆比容量；3)提高正极材料的工作电压。很多情况下需要将三者结合起来。提高正极材料的振实(压实)密度主要有两种方法，第一种方法是将材料制备成微米级的单晶颗粒(10～20μm)，例如已经商品化的LiCoO₂和LiMn₂O₄。但是，适合这种方法的材料不多，其他含有多种活性过渡金属组分的电极材料，例如镍钴锰三元层状材料，很难制备成微米级的大单晶颗粒。此外，镍钴锰三元层状材料由于离子传导性较差，即使制备成微米级的单晶颗粒，其电化学性能也会大打折扣。针对这个问题，人们开发出另外一种提高正极材料振实密度的方法，即由一次纳米颗粒组装的微米球形材料。这种球形材料不仅克服了微米单晶颗粒中锂离子扩散的问题，还很大程度上提高了材料的振实密度。此外，微米球形材料还具有诸多其他的优点，例如优异的流动性、分散性以及加工性能。