一種高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法
【專利說明】
[0001]【技術領域】
本發明涉及電池材料技術領域，特別涉及一種高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法。
[0002]【【背景技術】】
當前，鋰離子電池的功率密度和工作電壓等性能主要受其正極材料性能的制約。5V高比功率、高比容量的LiNia 5MnL 504正極材料有多種制備方法，主要分為兩大類合成方法:固相合成法，包括高溫固相合成法、機械化學法、熔融浸漬法和微波合成法等；液相合成法，包括溶膠凝膠法、水熱合成法和共沉淀法等；存在如下缺陷:
1.已有的固相合成法，工藝簡單，但缺點是合成溫度高、時間長、能耗大、生產效率低，合成材料的顆粒大、均勻性差、化學計量比難以控制。
[0003]2.已有的液相合成法，可以明顯降低反應溫度，縮短反應時間，合成材料的顆粒粒徑小，但金屬醇鹽種類少、制備時間長、工藝復雜，真空熱處理過程難以控制，成本很高。
[0004]【
【發明內容】
】
本發明的目的在于提供一種先液相合成方法制備產物溶膠凝膠前驅體，再用自蔓延燃燒固相合成方法最終制得目標產物的高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，解決現有技術中工藝復雜，操作難，能耗高，成本高，不易實現大規模工業化生產的技術問題。
[0005]本發明是這樣實現的，一種高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，所述方法包括如下步驟:
A.鋰鹽錳鹽材料準備:將鋰鹽材料、錳鹽材料和鎳鹽材料按鋰離子、錳離子、鎳離子的化學計量比為1:0.5:1.5準確的稱量，溶于適量去離子水中得到溶液A ;
B.加入分散劑:用檸檬酸作為分散劑，按每300ml的溶液A加入0.08-1.2mol/L濃度的檸檬酸10-60ml的比例將分散劑與溶液A混合，得到溶液B ；
C.濕凝膠的制備:將溶液B放入水浴鍋中，向里面加入適量氨水使其ph值調節到6-8，得到混合溶液，然后將混合溶液在50-95°C的水浴中加熱攪拌7-9小時，直至呈現出粘稠狀濕凝膠時停止加熱；
D.溶膠-凝膠前驅體的制備:粘稠狀濕凝膠經70°C— 90°C真空干燥后得到溶膠-凝膠前驅體；
E.燃燒:把干燥后的溶膠-凝膠前驅體放入坩禍中，倒入適量燃料，點燃燃料，自蔓延燃燒5-10分鐘，得到正極材料鎳錳酸鋰，即LiNia5Mnh5CV
[0006]本發明的進一步技術方案是:步驟A中所述鋰鹽材料為金屬鋰、氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、硫酸鋰、硝酸鋰中的一種或幾種；所述錳鹽材料為金屬錳、氧化錳、碳酸錳、醋酸錳、氫氧化錳、氯化錳、硫酸錳、硝酸錳中的一種或幾種；所述鎳鹽材料為金屬鎳、氧化鎳、碳酸鎳、醋酸鎳、氫氧化鎳、氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳中的一種或幾種。
[0007]本發明的進一步技術方案是:所述步驟A中的去離子水為:陽離子含量 Fe〈0.005mol/L, Cu〈0.005mol/L, AK0.005mol/L, Ni〈0.005mol/L, Zn〈0.02mol/L, Cr<0.005mol/L, Na<0.0lmol/L, K<0.02mol/L,陰離子 C1〈0.01mol/L，Ν03〈0.02mol/L，S04〈0.02mol/L的去離子水。
[0008]本發明的進一步技術方案是:所述步驟B中的分散劑也可以是聚乙二醇。
[0009]本發明的進一步技術方案是:步驟D中所述真空干燥的真空度為1.33X 10_4pa。
[0010]本發明的進一步技術方案是:所述步驟E中所述燃料為乙醇、甲醇、脂類、醚類、汽油、柴油中的一種或幾種。
[0011]本發明的有益效果是:本發明首先采用溶膠凝膠法制備LiNia5Mr^5O4正極材料前驅體，該方法可以實現反應物的原子級均勻混合、合成溫度低，因而制備產物的粒徑小(多為納米級)、均一性好，比表面積大、形態和組成易于控制；然后，采用自蔓延燃燒法，使前驅體快速燒結成所需目標產物，該方法成本低，能耗小，生產效率高，容易實現大規模工業化生產，電池的比容量和循環壽命高。
[0012]【【附圖說明】】
圖1是本發明所述一種高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰一較佳實施的XRD圖；
圖2是本發明所述一種高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰一較佳實施的SEM圖；
圖3是本發明所述一種高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰一較佳實施的充放電曲線圖。
[0013]【【具體實施方式】】
下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的說明。
[0014]一種高電位鋰電池正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，包括如下步驟:
A.鋰鹽錳鹽材料準備:將鋰鹽材料、錳鹽材料和鎳鹽材料按鋰離子、錳離子、鎳離子的化學計量比為1:0.5:1.5準確的稱量，溶于適量去離子水中得到溶液A ;
B.加入分散劑:用檸檬酸作為分散劑，按每300ml的溶液A加入0.08-1.2mol/L濃度的檸檬酸10-60ml的比例將分散劑與溶液A混合，得到溶液B ；
C.濕凝膠的制備:將溶液B放入水浴鍋中，向里面加入適量氨水使其ph值調節到6-8，得到混合溶液，然后將混合溶液在50-95°C的水浴中加熱攪拌7-9小時，直至呈現出粘稠狀濕凝膠時停止加熱；優選的，用十字轉子攪拌，攪拌較為均勻，最后得到的粘稠狀濕凝膠應呈玻璃綠色；
D.溶膠-凝膠前驅體的制備:粘稠狀濕凝膠經70°C— 90°C真空干燥后得到溶膠-凝膠前驅體；干燥后得到溶膠-凝膠前驅體應呈玻璃綠色；
E.燃燒:把干燥后的溶膠-凝膠前驅體放入坩禍中，倒入適量燃料，點燃燃料，自蔓延燃燒5-10分鐘，得到正極材料鎳錳酸鋰，即LiN1.5Mnl.504。
[0015]步驟A中所述鋰鹽材料為金屬鋰、氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、硫酸鋰、硝酸鋰中的一種或幾種；所述錳鹽材料為金屬錳、氧化錳、碳酸錳、醋酸錳、氫氧化錳、氯化錳、硫酸錳、硝酸錳中的一種或幾種；所述鎳鹽材料為金屬鎳、氧化鎳、碳酸鎳、醋酸鎳、氫氧化鎳、氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳中的一種或幾種。
[0016]所述步驟A中的去離子水為:陽離子含量Fe〈0.005mol/L, Cu<0.005mol/L, AK0.005mol/L, Ni<0.005mol/L, Zn<0.02mol/L, Cr<0.005mol/L, Na<0.0lmol/L, K〈0.02mol/L，陰離子 CK0.0lmol/L, N03〈0.02mol/L，S04〈0.02mol/L 的去離子水。
[0017]所述步驟B中的分散劑也可以是聚乙二醇。
[0018]步驟D中所述真空干燥的真空度為1.33X10_4pa。
[0019]步驟E中所述