本發(fā)明涉及鋰離子二次電池正極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池具有開路電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應、無污染及自放電小等優(yōu)點，是目前綜合性能最好的電池體系，也是可適用范圍最廣的電池體系。經(jīng)過十幾年的快速發(fā)展，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈在中國已經(jīng)日趨成熟，其技術(shù)性能、成熟度以及產(chǎn)業(yè)化已達到相當規(guī)模，在未來一段時期內(nèi)將是新能源以及電動汽車產(chǎn)業(yè)電池配套的首選，具備絕對的推廣與應用優(yōu)勢和巨大的發(fā)展空間。眾所周知，鋰離子電池的性能主要取決于鋰離子電池材料的結(jié)構(gòu)和性能。鋰離子電池材料主要包含正極材料、負極材料、隔膜和電解液，其中正極材料直接決定了鋰離子電池的能量密度和使用壽命等性能，是鋰離子電池性能的關(guān)鍵影響因素。

正極材料中5V尖晶石型鎳錳酸鋰是在尖晶石型錳酸鋰基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與錳酸鋰一樣是具有三維鋰離子通道，可逆比容量為146.7mAh/g，與錳酸鋰幾乎相同，但電壓平臺為4.7V左右，比錳酸鋰的4V電壓平臺要高出15％以上。該材料應用于鋰離子動力電池，將使電池系統(tǒng)的能量密度得到較大提高，相同組輸出電壓下串聯(lián)單體數(shù)量減少，有助于提高電池組的可靠性，是發(fā)展能量密度高、倍率性能好鋰離子動力電池的關(guān)鍵原材料。

目前，5V尖晶石型鎳錳酸鋰的制備方法主要有二種，一是液相法：首先通過共沉淀生成球形鎳錳前驅(qū)體，然后混入鋰源高溫焙燒制備得到最終產(chǎn)品；二是固相法：首先把鋰源、鎳源、錳源混合均勻，然后高溫焙燒制備得到最終產(chǎn)品。但液相法工藝控制復雜，生產(chǎn)成本高；固相法元素混合不均勻，產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性差，且顆粒形貌不規(guī)則，影響產(chǎn)品加工性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料的制備方法，綜合了現(xiàn)有液相法和固相法的優(yōu)點，省去了液相法所必須的沉淀鋰源、鎳源、錳源的步驟，并能克服固相法元素混合不均的缺陷。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將鋰鹽、鎳鹽、錳鹽、粘結(jié)劑溶解于去離子水中，得到物料I；所述粘結(jié)劑為可溶于水的聚合物；同時，鋰鹽、鎳鹽、錳鹽均可溶于水；

其中，元素摩爾比滿足Li：Ni：Mn＝(1～1.05)：0.5：1.5，所述粘結(jié)劑的質(zhì)量為鋰鹽、鎳鹽和錳鹽質(zhì)量和的5～10％；

2)將所述物料I噴霧干燥，干燥溫度為240～280℃，得到物料II；

3)將所述物料II在空氣氣氛中進行一次焙燒，焙燒溫度為800～900℃，焙燒時間為4～12h，得到物料III；

4)將所述物料III和醋酸鹽，加入去離子水中，高速攪拌混合均勻，得到物料IV；

其中，所述醋酸鹽的質(zhì)量為物料III質(zhì)量的2～5％；

5)將所述物料IV噴霧干燥，干燥溫度為240～280℃，得到物料V；

6)將所述物料V在空氣氣氛中進行二次焙燒，焙燒溫度為450～550℃，焙燒時間為6～12h，即得所述球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料。

進一步：步驟1)所述鋰鹽為硝酸鋰。

進一步，步驟1)所述鎳鹽為硝酸鎳。

進一步，步驟1)所述錳鹽為硝酸錳。

進一步，步驟1)所述粘結(jié)劑為聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。

進一步，步驟4)所述醋酸鹽為醋酸鋅、醋酸銅、醋酸鎂或醋酸鋁。

本發(fā)明的有益效果是：步驟1)選用鋰鹽、鎳鹽、錳鹽和粘結(jié)劑共同溶解的方式進行，既能保證各元素混合均勻，又省去了液相法中對工藝有高要求的共沉淀步驟。在二次焙燒前利用醋酸鹽包覆物料是為了在5V尖晶石鎳錳酸鋰表面包覆一層物質(zhì)，以隔絕電解液的侵蝕，抑制錳的溶解，提高循環(huán)性能。本專利中所用的醋酸鋅、醋酸銅、醋酸鎂或醋酸鋁均可溶解于水保證了包覆的均勻性，焙燒后生成的鋅、銅氧化物可以有效隔絕電解液，達到提高5V尖晶石鎳錳酸鋰循環(huán)性能的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料的制備方法的工藝流程圖；

圖2為實施例1制得產(chǎn)品的SEM照片。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細描述。

實施例1

一種球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將1mol硝酸鋰、0.5mol硝酸鎳、1.5mol硝酸錳和質(zhì)量為上述三種物質(zhì)質(zhì)量和5％的聚乙二醇溶解于去離子水中，得到物料I；

2)將所述物料I噴霧干燥，干燥溫度為240℃，得到物料II；

3)將物料II在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行一次焙燒，焙燒溫度為800℃，焙燒時間為12h，得到物料III；

4)將物料III和質(zhì)量為物料III質(zhì)量2％的醋酸銅加入去離子水中，高速攪拌混合均勻，得到物料IV；

5)將物料IV噴霧干燥，干燥溫度為240℃，得到物料V；

6)將物料V在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行二次焙燒，焙燒溫度為450℃，焙燒時間為12h，即得所述球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料。

圖2為本實施例1制得產(chǎn)品的SEM照片，由圖可見，本項目產(chǎn)品呈球形均勻分布，該形貌有利于產(chǎn)品加工性能的提升。

實施例2

一種球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將1mol硝酸鋰、0.5mol硝酸鎳、1.5mol硝酸錳和質(zhì)量為上述三種物質(zhì)質(zhì)量和10％的聚乙二醇溶解于去離子水中，得到物料I；

2)將所述物料I噴霧干燥，干燥溫度為280℃，得到物料II；

3)將物料II在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行一次焙燒，焙燒溫度為900℃，焙燒時間為4h，得到物料III；

4)將物料III和質(zhì)量為物料III質(zhì)量5％的醋酸鎂加入去離子水中，高速攪拌混合均勻，得到物料IV；

5)將物料IV噴霧干燥，干燥溫度為240℃，得到物料V；

6)將物料V在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行二次焙燒，焙燒溫度為550℃，焙燒時間為6h，即得所述球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料。

實施例3

一種球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將1.05mol硝酸鋰、0.5mol硝酸鎳、1.5mol硝酸錳和質(zhì)量為上述三種物質(zhì)質(zhì)量和10％的聚乙烯吡咯烷酮溶解于去離子水中，得到物料I；

2)將所述物料I噴霧干燥，干燥溫度為240℃，得到物料II；

3)將物料II在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行一次焙燒，焙燒溫度為800℃，焙燒時間為12h，得到物料III；

4)將物料III和質(zhì)量為物料III質(zhì)量2％的醋酸鋅加入去離子水中，高速攪拌混合均勻，得到物料IV；

5)將物料IV噴霧干燥，干燥溫度為240℃，得到物料V；

6)將物料V在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行二次焙燒，焙燒溫度為450℃，焙燒時間為12h，即得所述球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料。

實施例4

一種球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將1.05mol硝酸鋰、0.5mol硝酸鎳、1.5mol硝酸錳和質(zhì)量為上述三種物質(zhì)質(zhì)量和5％的聚乙烯吡咯烷酮溶解于去離子水中，得到物料I；

2)將所述物料I噴霧干燥，干燥溫度為280℃，得到物料II；

3)將物料II在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行一次焙燒，焙燒溫度為900℃，焙燒時間為4h，得到物料III；

4)將物料III和質(zhì)量為物料III質(zhì)量5％的醋酸鋁加入去離子水中，高速攪拌混合均勻，得到物料IV；

5)將物料IV噴霧干燥，干燥溫度為240℃，得到物料V；

6)將物料V在焙燒窯爐、空氣氣氛中進行二次焙燒，焙燒溫度為550℃，焙燒時間為6h，即得所述球形5V尖晶石鎳錳酸鋰材料。

實驗情況：

表1列出了利用實施例1～4制得的鋰離子二次電池正極材料制成扣式電池的首次循環(huán)充放電比容量?？凼诫姵氐臏y試條件為LR 2032，0.1C，3.0～4.9V，vs.Li⁺/Li，使用的充放電設(shè)備為蘭電充放電儀。

表1首次充放電性能對比表

由表中數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明制得的5V尖晶石鎳錳酸鋰材料，比容量較高，倍率性能和循環(huán)性能好。因此在鋰離子動力電池領(lǐng)域前景良好。