一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的改性制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種微觀結(jié)構(gòu)改性的錳酸鋰正極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池以高能量密度，高的能量輸出，零排放等特點(diǎn)成為目前未來發(fā)展電動(dòng)機(jī)車的必然趨勢(shì)。目前使用的鋰離子電池正極材料包括LiCo02、LiMn2O4以及LiFePO 4等材料，其中LiMn2O4正極材料，因其具有資源豐富，成本低，無(wú)污染等等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但是LiMn2O4循環(huán)性能較差，容量衰減嚴(yán)重，造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于微結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，形成氧空位造成的，更為重要的是顆粒不均一，過大的顆粒相互碰撞導(dǎo)致破碎顆粒，無(wú)法涂布以及性能下降。為了改善這些缺點(diǎn)，一般對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間退火進(jìn)行處理，以及造粒為稍大顆粒，但是顆粒不均一現(xiàn)象仍然無(wú)法改變。解決循環(huán)性能差的問題，目前研宄較多的是進(jìn)行金屬位取代，添加助磨劑等都表明表面碳包覆能夠提高電極的穩(wěn)定性，但是金屬取代帶來的負(fù)面效應(yīng)則是比容量性能降低。更為重要的是，采用過多的金屬離子取代在合成過程中容易造成雜項(xiàng)，合成單項(xiàng)的錳酸鋰尖晶石材料較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種微觀結(jié)構(gòu)改性的錳酸鋰正極材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的改性制備方法，所述的錳酸鋰正極材料的改性方法包括以下步驟:
(1)配比原料:將鋰鹽、鎳鹽和錳鹽按照一定配比配制LiMrvxNixO4的預(yù)混粉體；
(2)制備前驅(qū)體:采用固相反應(yīng)法將上述原料球磨獲得錳酸鋰前驅(qū)體；
(3)快速燒結(jié):將步驟2的前驅(qū)體進(jìn)行高溫快速燒結(jié)；
(4)退火處理:將步驟3燒結(jié)的材料快速降溫到低溫區(qū)域進(jìn)行退火處理，得到改性后的鎳錳酸鋰正極材料。
[0005]優(yōu)選的，所述步驟I中LiMn2_xNix04的預(yù)混粉體材料x的取值范圍分別為0〈x〈2。
[0006]優(yōu)選的，所述步驟3高溫?zé)Y(jié)溫度為1000-1100°C，所述步驟4低溫退火溫度為680-720 °C。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟3高溫?zé)Y(jié)時(shí)間為10min_5h，步驟4低溫退火時(shí)間為10_24h。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟I中的鋰鹽為硝酸鋰、碳酸鋰、醋酸鋰等的一種或者幾種混合物；鎳鹽和錳鹽為硝酸鹽、氯化物、乙酸鹽等的一種或者幾種混合物。
[0009]本發(fā)明的有益效果:使用本發(fā)明的兩步煅燒工藝能夠明顯改善材料微觀顆粒，形成均一穩(wěn)定的錳酸鋰尖晶石結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所使用的兩步煅燒工藝制備工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。同時(shí)克服了傳統(tǒng)煅燒過程需要長(zhǎng)時(shí)間保溫的缺點(diǎn)。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中兩步煅燒工藝后的材料微觀結(jié)構(gòu)。
[0011]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中兩步煅燒工藝后的材料微觀結(jié)構(gòu)。
[0012]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中兩步煅燒工藝后的材料微觀結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]下面從中挑選部分實(shí)驗(yàn)方案結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0015]實(shí)施例1:
將固相反應(yīng)法制備的錳酸鋰前驅(qū)體材料置于快速燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫1100°c煅燒1min后，快速降溫，降溫速度為20°C /min至710°C進(jìn)行保溫退火，退火時(shí)間為12h，而后自然降溫至室溫后，得到兩步煅燒工藝處理后的尖晶石材料。微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料具有明顯的尖晶石典型顆粒形狀，顆粒大小為200-500nm，結(jié)構(gòu)較為均一。
[0016]實(shí)施例2:
將固相反應(yīng)法制備的錳酸鋰前驅(qū)體材料置于快速燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫1100°c煅燒Ih后，快速降溫，降溫速度為20°c /min至710°C進(jìn)行保溫退火，退火時(shí)間為12h，而后自然降溫至室溫后，得到兩步煅燒工藝處理后的尖晶石材料。微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示，材料具有明顯的尖晶石典型顆粒形狀，顆粒大小為2um，結(jié)構(gòu)較為均一。
[0017]實(shí)施例3:
將固相反應(yīng)法制備的錳酸鋰前驅(qū)體材料置于快速燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫1050°C煅燒5h后，快速降溫，降溫速度為20°C /min至710°C進(jìn)行保溫退火，退火時(shí)間為12h，而后自然降溫至室溫后，得到兩步煅燒工藝處理后的尖晶石材料。微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示，材料具有明顯的尖晶石典型顆粒形狀，顆粒大小為3-5um，結(jié)構(gòu)較為均一。
[0018]以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的改性制備方法，其特征在于，所述的錳酸鋰正極材料的改性方法包括以下步驟: (1)配比原料:將鋰鹽、鎳鹽和錳鹽按照一定配比配制LiMrvxNixO4的預(yù)混粉體； (2)制備前驅(qū)體:采用固相反應(yīng)法將上述原料球磨獲得錳酸鋰前驅(qū)體； (3)快速燒結(jié):將步驟2的前驅(qū)體進(jìn)行高溫快速燒結(jié)； (4)退火處理:將步驟3燒結(jié)的材料快速降溫到低溫區(qū)域進(jìn)行退火處理，得到改性后的鎳錳酸鋰正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的改性制備方法，其特征在于，所述步驟I中LiMn2_xNix04的預(yù)混粉體材料x的取值范圍分別為0〈x〈2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的改性制備方法，其特征在于，所述步驟3高溫?zé)Y(jié)溫度為1000-1100 °C，所述步驟4低溫退火溫度為680-720 °C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的改性制備方法，其特征在于，所述步驟3高溫?zé)Y(jié)時(shí)間為10min-5h，步驟4低溫退火時(shí)間為10_24h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的改性制備方法，其特征在于，所述步驟I中的鋰鹽為硝酸鋰、碳酸鋰、醋酸鋰等的一種或者幾種混合物；鎳鹽和錳鹽為硝酸鹽、氯化物、乙酸鹽等的一種或者幾種混合物。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料改善微結(jié)構(gòu)的方法，采用兩步燒結(jié)法對(duì)錳酸鋰進(jìn)行煅燒，目的是改善普通燒結(jié)過程中微觀粒子大小不統(tǒng)一的問題。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的普通煅燒工藝的材料，其顆粒更加均一，能夠有效地散逸充放電過程中的電子和離子，增強(qiáng)材料的動(dòng)力學(xué)特性，從而增大材料的放電容量。此外，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)燒結(jié)過程中粒子不均一的缺點(diǎn)，能夠獲得顆粒均一和混合傳導(dǎo)的錳酸鋰正極材料。
【IPC分類】H01M4-505
【公開號(hào)】CN104868117
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510237500
【發(fā)明人】饒媛媛
【申請(qǐng)人】合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源股份公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日