一種鋰離子電池正極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子正極材料的制備方法，涉及一種基于傳統(tǒng)共沉積法改進(jìn)的兩步溫度法和固相法結(jié)合的制備富鋰錳基層狀-層狀結(jié)構(gòu)材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵部分，它的電化學(xué)性能，例如能量密度、倍率性能、循環(huán)性能等受到廣泛關(guān)注。同時，成本和環(huán)境友好程度也成為評判材料的重要指標(biāo)。
[0003]現(xiàn)在商業(yè)主要采用的正極材料為LiCoO2，這種材料商用化早，已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，并且工藝技術(shù)成熟；但能量密度、功率密度偏低，很難滿足動力電動汽車電池的要求，嚴(yán)重制約了鋰離子電池向更多領(lǐng)域發(fā)展。
[0004]為了解決能量密度和功率密度的問題，磷酸鐵鋰、NCM三元材料和富鋰錳基材料相繼問世；磷酸鐵鋰成本低、對環(huán)境友好，并且循環(huán)性能優(yōu)異，但其電導(dǎo)率低、倍率性能差；NCM三元材料中由于鎳的引入增加了能量密度同時錳的引入也提高了穩(wěn)定性，但其振實(shí)密度較低；而富鋰錳基材料有較高的能量密度，但其倍率性能并不理想。
[0005]目前，對正極材料的制備方法主要有共沉積法、溶膠-凝膠法、水熱法和固相法。共沉積法合成的材料混合均勻、形貌規(guī)整、粒徑分布均勻，因而電化學(xué)性能穩(wěn)定，但會引入雜質(zhì)并且成分配比難以精確控制；溶膠-凝膠法獲得的產(chǎn)物純度高、粒徑均一、比表面積大，但需要蒸發(fā)大量水分和有機(jī)溶劑，工業(yè)生產(chǎn)中費(fèi)時耗能成本高；水熱法工藝簡單、耗能低，可直接得到分散且結(jié)晶良好的粉體，但只適合少量生產(chǎn)；固相法工藝簡單，但對形貌的可控性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于共沉積法合成富鋰錳基的鋰離子電池正極材料的制備方法。
[0007]解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這樣的:提供一種鋰離子電池正極材料的制備方法，所述制備方法包括:
[0008]步驟一、配制硫酸鎳溶液、硫酸錳溶液和硫酸鈷溶液；
[0009]步驟二、配制Na2CO3溶液；
[0010]步驟三、反應(yīng)開始前先向反應(yīng)釜中通入流動的氮?dú)?，并將水浴鍋中的去離子水加熱至40°C?60°C，待溫度恒定后，向反應(yīng)釜中加入硫酸鎳溶液和硫酸鈷溶液，并加入去離子水；
[0011]步驟四、將部分Na2CO3溶液逐滴滴加到反應(yīng)釜中并攪拌；
[0012]步驟五、待部分Na2CO3溶液滴加完畢后保溫，然后將水浴鍋的溫度調(diào)整至80°C ;
[0013]步驟六、待溫度在80°C恒定后，分別將硫酸錳溶液、剩余的Na2CO3溶液、及剩余的硫酸鎳溶液和硫酸鈷溶液滴加到反應(yīng)釜中并攪拌；
[0014]步驟七、滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌，然后關(guān)閉通入氮?dú)饧皵嚢?，密閉陳化；
[0015]步驟八、陳化結(jié)束后，過濾洗滌沉淀，將沉淀物干燥得到前驅(qū)體[Mn4/6Ni1/6Co1/6]CO3;
[0016]步驟九、將所制備的前驅(qū)體與Li2OV混合后充分研磨，在空氣氛圍下對研磨后的粉末進(jìn)行燒結(jié)，即可得到鋰離子電池正極材料。
[0017]優(yōu)選地，在所述步驟一中，分別配制lmol/L的MnSO4.H2O溶液10mUNiSO4.7H20溶液25ml、CoS04 -1W2O溶液25ml ;在所述步驟二中，配制0.3mol/L的他20)3溶液500ml并攪拌I小時。
[0018]優(yōu)選地，在所述步驟三中，在氮?dú)獾臍夥障?，保持水浴鍋的溫度?0°C或50°C或60°C，向水浴鍋中加入18ml的硫酸鎳溶液和6ml的硫酸鈷溶液，并加入50ml的去離子水。
[0019]優(yōu)選地，在所述步驟四中，將85ml的Na2OV^液逐滴滴加到反應(yīng)釜中，設(shè)置攪拌速度為 900r/min。
[0020]優(yōu)選地，在所述步驟五中，保溫時間為10分鐘。
[0021]優(yōu)選地，在所述步驟六中，在滴加過程中保持?jǐn)嚢杷俣葹?00r/min。
[0022]優(yōu)選地，在所述步驟七中，保持?jǐn)嚢杷俣炔蛔儽財嚢?h，然后密閉陳化12h。
[0023]優(yōu)選地，在所述步驟八中，將沉淀物置于真空干燥箱中于110°C干燥12小時。
[0024]優(yōu)選地，在所述步驟九中，按摩爾比為4: 3的比例稱量前驅(qū)體與Li2CO3，混合研磨后在空氣中燒結(jié)，其中，燒結(jié)的具體參數(shù)如下:在空氣條件下，先500°C燒結(jié)5h，去除雜質(zhì)，然后900°C燒結(jié)15h ;溫度的升溫速率:5°C /min。
[0025]本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種通過以上制備方法制備的鋰離子電池正極材料。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn):在前驅(qū)體合成過程中，采用兩步溫度法，優(yōu)化了材料結(jié)構(gòu)形貌，所合成的鋰離子正極材料為一種層狀-層狀-尖晶石結(jié)構(gòu)，在能量密度上有一定提高，同時，改善了富鋰錳基材料的倍率性能和循環(huán)性能，較大提高了材料的電化學(xué)性能。另外，在原材料的選擇上，使用大量的錳代替了鎳和鈷，無論是在成本上還是在環(huán)境友好性上，都體現(xiàn)了本材料較大的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明鋰離子電池正極材料的兩步溫度共沉淀法制備前驅(qū)體的流程圖；
[0028]圖2為本發(fā)明鋰離子電池正極材料的燒結(jié)工藝流程。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例一:
[0031]—種制備鋰離子電池正極材料的方法，包括如下步驟:
[0032]步驟一、配制lmol/L的硫酸鹽溶液，分別稱取0.1mol的MnSO4.H20、0.025mol的NiSO4.7H20和0.025mol的CoSO4.7H20放入三個燒杯中，并向燒杯中加入去離子水使之分別定容為100ml、25ml和25ml ；
[0033]步驟二、配制0.3mol/L的.0)3溶液，稱取0.15mol的無水Na 2C03放入容量為500ml的燒杯中，加入去離子水使之定容為500ml，為使溶解充分，將上述定容完畢的溶液放在磁力攪拌機(jī)上，攪拌Ih;
[0034]步驟三、反應(yīng)開始前先向反應(yīng)釜中通入流動