一種Li-Mn-Cr三元復(fù)合電池正極材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三元復(fù)合鋰離子電池正極材料及其制備方法，它是用鋰鹽(LiAC)和錳鹽(Mn(AC)2)、鉻鹽(Cr(AC)2)的飽和溶液按Li：Mn：Cr=1：0.5：0.5的比例混合，并不停搖勻，往混合溶液中先加入一定量檸檬酸(C6H8O7)飽和水溶液，然后用氨水將溶液pH值調(diào)至6.0-7.0，再將所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，當(dāng)溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱，將所得凝膠直接放入箱式爐在100-150℃干燥脫水3-6小時(shí)，最后將所得干凝膠在放入高溫煅燒10-15h，煅燒后研磨即得到最終產(chǎn)品。
【專利說(shuō)明】—種L1-Mn-Cr三元復(fù)合電池正極材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池三元復(fù)合正極材料及其制備方法，特別涉及一種多晶鋰錳鐵三元材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民物質(zhì)文化生活水平的提高，人們對(duì)電池的需求量越來(lái)越大，對(duì)電池的性能的要求也越來(lái)越高。特別是隨著空間技術(shù)的發(fā)展和軍事裝備的需求，信息和微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展所帶來(lái)的大量工業(yè)用、民用、醫(yī)用便攜式電子產(chǎn)品的問世，電動(dòng)汽車的研制和開發(fā)，以及環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)體積小，重量輕，高能量，安全可靠，無(wú)污染，可反復(fù)充電使用的電池的需求更加迫切。
[0003]鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來(lái)自于偉大的發(fā)明家愛迪生，使用以下反應(yīng):Li+Mn02=LiMn02該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞，但隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的性能也提出了更高的要求。正極材料作為目前鋰離子電池中最關(guān)鍵的材料，它的發(fā)展也最值得關(guān)注。
[0004]目前常見的鋰離子電池正極材料主要有層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰。其中，鈷酸鋰(LiCoO2)制備工藝簡(jiǎn)單，充放電電壓較高，循環(huán)性能優(yōu)異而獲得廣泛應(yīng)用。但是，因鈷資源稀少、成本較高、環(huán)境污染較大和抗過充能力較差，其發(fā)展空間受到限制。錳酸鋰除了尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4外，還有層狀結(jié)構(gòu)的LiMn02。其中層狀LiMnO2比容量較大,但其屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài),結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在Jahn-Teller效應(yīng)而循環(huán)性能較差。尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn2O4工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,充放電電壓高,對(duì)環(huán)境友好,安全性能優(yōu)異，但比容量較低，高溫下容量衰減較嚴(yán)重。磷酸鐵鋰屬于較新的正極材料，其安全性高、成本較低，但存在放電電壓低(3.4V)、振實(shí)密度低、尚未批量生產(chǎn)等不足。上述幾種正極材料的缺點(diǎn)都制約了自身的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，開發(fā)復(fù)合正極材料成了鋰離子電池正極材料的研究方向之一。其中，層狀L1-Mn-Cr-O系列材料(簡(jiǎn)稱三元材料)較好地兼?zhèn)淞烁髯缘膬?yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，具有高比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能較好等特點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池三元正極材料及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
采用溶膠凝膠法制備鋰離子電池三元正極材料。
[0007]一種鋰離子電池三元正極材料的制備方法，包括如下步驟:
(1)分別將鋰鹽(LiACdH2O,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2.4Η20,分析純)、鉻鹽(Cr (AC)2
■4Η20,分析純)配成飽和溶液；
(2)按Li:Mn:Cr = 1:0.5:0.5的比例混合步驟⑴所配的飽和溶液，并不停搖勻；
(3)往⑵中的加入一定量檸檬酸(C6H8O7■ H2O,分析純)飽和水溶液，并不停搖勻； (4)加入用氨水將⑶中溶液pH值調(diào)至6.0-7.0 ；
(5)將⑷中所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為50-60°C，攪拌速度為100-120r/min ；
(6)當(dāng)(5)中溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱；
(7)將所得凝膠直接放入箱式爐在100-150°C干燥脫水3-6小時(shí)；
(8)將干凝膠在放入高溫煅燒10-15h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
[0008]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和特性:
(1)原料各組分可達(dá)到原子級(jí)別的均勻混合，產(chǎn)物均勻性好；
⑵計(jì)量比可精確控制，產(chǎn)物純度高；
⑶產(chǎn)物顆粒尺寸小，粒徑分布窄，可通過改變工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制；
⑷熱處理溫度及熱處理時(shí)間可顯著降低。
[0009]實(shí)施例一:
分別取一定量的鋰鹽(LiAC ■ 2H20,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2 ■ 4H20,分析純)、鉻鹽(Cr(AC)2.4Η20,分析純)，用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn:Cr = I:0.5:0.5的比例混合所配的飽和溶液，并不停搖勻，等混合均勻后，再慢慢加入一定量檸檬酸(C6H8O7 ■H2O,分析純)飽和溶液，加入同時(shí)要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調(diào)至6.0，調(diào)好后，將所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為50°C，攪拌速度為100r/min ;當(dāng)溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱；將所得凝膠直接放入箱式爐在100°C干燥脫水3小時(shí)；將干凝膠在放入高溫煅燒10h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
[0010]實(shí)施例二:
分別取一定量的鋰鹽(LiAC ■ 2H20,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2 ■ 4H20,分析純)、鉻鹽(Cr(AC)2.4Η20,分析純)，用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn:Cr = I:0.5:0.5的比例混合所配的飽和溶液，并不停搖勻，等混合均勻后，再慢慢加入一定量檸檬酸(C6H8O7 ■H2O,分析純)飽和溶液，加入同時(shí)要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調(diào)至6.5，調(diào)好后，將所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為55°C，攪拌速度為110r/min ;當(dāng)溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱；將所得凝膠直接放入箱式爐在130°C干燥脫水4.5小時(shí)；將干凝膠在放入高溫煅燒13h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
[0011]實(shí)施例三:
分別取一定量的鋰鹽(LiAC ■ 2H20,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2 ■ 4H20,分析純)、鉻鹽(Cr(AC)2.4Η20,分析純)，用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn:Cr = I:0.5:0.5的比例混合所配的飽和溶液，并不停搖勻，等混合均勻后，再慢慢加入一定量檸檬酸(C6H8O7 ■H2O,分析純)飽和溶液，加入同時(shí)要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調(diào)至7.0，調(diào)好后，將所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱，加熱溫度為60°C，攪拌速度為120r/min ;當(dāng)溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱；將所得凝膠直接放入箱式爐在150°C干燥脫水6小時(shí)；將干凝膠在放入高溫煅燒15h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池三元復(fù)合正極材料采用溶膠凝膠法制備方法。
2.其特征在于，該制備方法按以下步驟進(jìn)行:(1)分別將鋰鹽(LiACdH2O,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2.4Η20,分析純)、鉻鹽(Cr (AC)2■4Η20,分析純)配成飽和溶液；(2)按Li:Mn:Cr = 1:0.5:0.5的比例混合步驟⑴所配的飽和溶液，并不停搖勻；(3)往⑵中的加入一定量檸檬酸(C6H8O7■ H2O,分析純)飽和水溶液，并不停搖勻； (4)加入用氨水將⑶中溶液pH值調(diào)至6.0-7.0 ； (5)將⑷中所得溶液在磁力攪拌的條件下水浴加熱； (6)當(dāng)(5)中溶液出現(xiàn)粉紅色凝膠時(shí)，停止加熱； (7)將所得凝膠直接放入箱式爐中干燥脫水3-6小時(shí)； (8)將干凝膠在放入高溫煅燒10-15h，然后研磨即得到最終產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述步驟(5)中，其特征在于，加熱溫度為50-60°C，攪拌速度為100-120r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述步驟⑴中，其特征在于，箱式爐保持的溫度控制在100-150°C范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述步驟⑶中，其特征在于，高溫煅燒溫度控制在在500-600°C范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H01M4/48GK104241632SQ201410460152
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】李夢(mèng)思 申請(qǐng)人:李夢(mèng)思