本发明专利技术公开了一种片状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备方法，包括：将锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于乙二醇，混合溶解，得到金属盐乙二醇溶液；将金属盐乙二醇溶液烘干并研磨，得到金属盐固体粉末；将金属盐固体粉末在400～600℃下第一次煅烧3～6h，得到片状锂过渡金属氧化物前驱体粉末；将片状锂过渡金属氧化物前驱体粉末与过量氯化钾充分混合均匀，在780～950℃下第二次煅烧10～30h，之后冷却，经清洗、烘干后，得到片状富锂锰基锂离子电池正极材料。本发明专利技术还公开了一种片状富锂锰基锂离子电池正极材料及其应用，在提高材料倍率性能的同时，又能保持较高的循环稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及一种片状富锂锰基锂离子电 池正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池是一种理想的新型电池，具有比能量高、工作电压高、容量大、循环寿 命长、自放电低、倍率放电性能好、无记忆效应、安全可靠、绿色环保等优点，与传统的镍镉 电池、镍氢电池相比具有明显的优势。目前，锂离子电池广泛应用于移动电话、笔记本电脑、 摄相机和数码相机等电子设备，并将会在电动汽车、航空航天、国防工业等领域得到更深层 次的开发和应用。 1^&)02是目前应用最为广泛的锂离子电池正极材料，但是Co资源匮乏、价格高、有 毒而且安全性差，发展新型正极材料迫在眉睫。LiNi^yCc^MnyC^层状材料具有成本低、比容 量高、循环性好、安全性能好、环保等优点。其中，锰能降低材料成本、提供稳定的骨架、改善 安全性能；镍提供氧化还原反应所需要的电子；钴能有效抑制"阳离子混排"，提高材料导 电性。但是其容量在2. 5~4. 6V下只有200mAh/g。 研宄发现，如果锂适当过量可以得到xLi2Mn03 ? (l_x)LiM02(M=Ni,Co，Mn)富锂 锰正极材料，使结构更稳定并能提高放电容量，在2~4. 8V间充放电容量能达到250mAh/g 以上，显示出良好的应用前景。但是富锂锰基锂离子电池正极材料的首次充放电效率较低， 循环性能和倍率性能有待改善。 常用的制备富锂锰材料的方法主要有：共沉淀法、喷雾热解法、溶胶凝胶法、燃烧 法、固相反应法等。通过不同的制备方法来控制材料的形貌已经成为一种有效提高富锂锰 基锂离子电池正极材料性能的方法。纳米级的富锂锰正极材料由于进行电化学反应时锂离 子扩散路径较短而具有更优异的电化学性能。 申请公布号为CN103956477A(申请号为201410176821. 0)的中国专利技术专利申请 公开了一种富锂三元复合锂离子电池正极材料的制备方法，所述的富锂三元复合锂离子电 池正极材料含有Li、Ni、Co、Mn和0元素，其分子式为Lh. 2Nia13CM. 13Mna5402，具体包括以下步 骤：（1)、将有机沉淀剂恒温水浴搅拌溶于有机溶剂中，得到溶液1 ; (2)、将可溶性的钴盐、 镍盐、锰盐和锂盐超声溶解于去离子水中，得到溶液2 ; (3)所得的溶液2匀速滴加到溶液1 中，控制温度100~200°C烘干，得到固体粉末，再升温至200°C保温2~4h，然后再升温至 400~500°C预煅烧4~6h，然后升温至800~900°C预煅烧6~18h，随炉冷却到室温即得 富锂三元复合锂离子电池正极材料。在1C倍率下，100次平均放电容量为174. 2mAh/g，在 2C倍率下，100次平均放电容量为155. 7mAh/g，其电学性能有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种片状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备方法，以乙二醇作溶 剂制备出片状前驱体，然后在氯化钾熔融盐环境中高温热处理得到纳米片状材料，工艺简 单、成本低、产品均匀性好。 一种片状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤： 1)将锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于乙二醇，混合溶解，得到金属盐乙二醇溶液； 2)将金属盐乙二醇溶液烘干并研磨，得到金属盐固体粉末； 3)将金属盐固体粉末在400°C~600°C下第一次煅烧3h~6h，得到片状锂过渡金 属氧化物前驱体粉末； 4)将片状锂过渡金属氧化物前驱体粉末与过量氯化钾充分混合均匀，在780°C~ 950°C下第二次煅烧10h~30h，之后冷却，经清洗、烘干后，得到片状富锂锰基锂离子电池 正极材料。 本专利技术中，以乙二醇作溶剂制备出片状前驱体，乙二醇不仅是溶剂，同时也作为螯 合稳定剂，能使晶体垂直于某一方向生长形成纳米片，然后在氯化钾熔融盐环境中高温热 处理得到纳米片状材料，在氯化钾融熔盐处理过程中，带正电的K+结合在了锂过渡金属氧 化物的表面，由于其体积较大，阻碍了晶体在某个方向上的生长，从而得到了薄片状形貌， 本专利技术方法工艺简单、成本低、产品均匀性好。 步骤1)中，锂盐、镍盐、锰盐和钴盐的量主要按所需要富锂锰基锂离子电池正极 材料中相应的锂、镍、锰、钴各元素的化学计量比加入，一般锂盐要过量1%~6%，从而抵 消高温下锂的流失。作为优选，所述的锂盐为LiN03、LiCH3C00*2H20或两者的混合物。所述 的镍盐为Ni(N03)2，6H20、Ni(CH3C00)2，4H20或两者的混合物。所述的锰盐为Mn(N03)2，4H20、 Mn(CH3C00)2 ? 4H20 或两者的混合物。所述的钴盐为Co(N03)2 ? 6H20、Co(CH3C00)2 ? 4H20 或 两者的混合物。上述选择的锂盐、镍盐、锰盐以及钴盐在高温热处理过程中能完全反应生成 大量气体，使得到的锂过渡金属氧化物中不残留其他阴离子。 作为优选，所述的金属盐乙二醇溶液中锂盐、镍盐、锰盐和钴盐的总浓度为 0.lmol/L~0. 5mol/L，上述浓度金属盐乙二醇溶液能够保证锂盐、镍盐、锰盐和钴盐的充 分溶解，而且乙二醇不仅是溶剂，同时也作为螯合稳定剂，能使晶体垂直于某一方向生长形 成纳米片。进一步优选，所述的金属盐乙二醇溶液中锂盐、镍盐、锰盐和钴盐的总浓度为 0? 2mol/L~0? 4mol/L。 作为优选，所述的混合溶解的条件为：在50°C~90°C水浴环境中磁力搅拌2h~ 12h，能保证金属盐完全溶解并搅拌均匀。进一步优选，所述的混合溶解的条件为：在 70°C~85°C水浴环境中磁力搅拌6h~10h。 步骤2)中，作为优选，烘干温度为120°C~200°C。乙二醇的沸点为197. 3°C，进一 步优选，烘干温度为180°C~200°C，有利于乙二醇快速蒸发，同时不会剧烈沸腾导致溶液 飞溅。 步骤3)中，将金属盐固体粉末在400°C~600°C下第一次煅烧3h~6h，煅烧过程 在空气中进行，升温速率为2~20°C/min，有利于除去大部分的乙二醇、硝酸根和乙酸根。 进一步优选，将金属盐固体粉末在400°C~500°C下第一次煅烧3h~6h，以2~5°C/min 进行升温，有利于形成片状锂过渡金属氧化物前驱体。 步骤4)中，作为优选，所述的片状锂过渡金属氧化物前驱体粉末与氯化钾的质量 比为1:4~1:8。在氯化钾融熔盐处理过程中，带正电的K+结合在了锂过渡金属氧化物的 表面，由于其体积较大，阻碍了晶体在某个方向上的生长，从而得到了薄片状形貌。在该比 例下，一方面保证氯化钾充分过量，熔融后能浸没锂过渡金属氧化物前驱体粉末，另一方面 使氯化钾不会过多，有利于烧结过后将产物中的氯化钾完全洗掉。 在780°C~950°C下第二次煅烧10h~30h，煅烧过程在空气中进行，升温速率为 2~20°C/min。经过初步热处理后，已经基本形成了正极材料的物相，但是由于反应时间 短，温度不高，材料的层状结构和结晶性不佳。为了进一步提高材料结晶性，完善材料的层 状结构，形成片状形貌，同时除去其中可能残余下的有机成分，因而进行高温煅烧。作为优 选，在800°C~900°C下第二次煅烧12h~24h，以5~10°C/min进行升温，有利于得到的 结当前第1页1 2 3&n本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种片状富锂锰基锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于乙二醇，混合溶解，得到金属盐乙二醇溶液；2)将金属盐乙二醇溶液烘干并研磨，得到金属盐固体粉末；3)将金属盐固体粉末在400℃～600℃下第一次煅烧3h～6h，得到片状锂过渡金属氧化物前驱体粉末；4)将片状锂过渡金属氧化物前驱体粉末与过量氯化钾充分混合均匀，在780℃～950℃下第二次煅烧10h～30h，之后冷却，经清洗、烘干后，得到片状富锂锰基锂离子电池正极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张一笛，罗志雄，涂江平，
申请(专利权)人：杭州朗鑫新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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