一種Li-Mn-Cu三元復合電池正極材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種三元復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)、銅鹽(Cu(AC)2)的飽和溶液按Li∶Mn∶Cu=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，當溶液出現粉紅色凝膠時，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，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品。
【專利說明】—種L1-Mn-Cu三元復合電池正極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電池三元復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】
[0002]隨著科學技術的發展以及人民物質文化生活水平的提高，人們對電池的需求量越來越大，對電池的性能的要求也越來越高。特別是隨著空間技術的發展和軍事裝備的需求，信息和微電子工業的迅猛發展所帶來的大量工業用、民用、醫用便攜式電子產品的問世，電動汽車的研制和開發，以及環境保護意識的增強，人們對體積小，重量輕，高能量，安全可靠，無污染，可反復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極材料、使用非水電解質溶液的電池。最早出現的鋰電池來自于偉大的發明家愛迪生，使用以下反應:Li+Mn02=LiMn02該反應為氧化還原反應，放電。鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環壽命長、環境污染小等優點倍受青睞，但隨著電子信息技術的快速發展，對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鍵的材料，它的發展也最值得關注。
[0004]目前常見的鋰離子電池正極材料主要有層狀結構的鈷酸鋰、尖晶石結構的錳酸鋰和橄欖石結構的磷酸鐵鋰。其中，鈷酸鋰(LiCoO2)制備工藝簡單，充放電電壓較高，循環性能優異而獲得廣泛應用。但是，因鈷資源稀少、成本較高、環境污染較大和抗過充能力較差，其發展空間受到限制。錳酸鋰除了尖晶石結構的LiMn2O4外，還有層狀結構的LiMn02。其中層狀LiMnO2比容量較大,但其屬于熱力學亞穩態,結構不穩定，存在Jahn-Teller效應而循環性能較差。尖晶石結構LiMn2O4工藝簡單,價格低廉,充放電電壓高,對環境友好,安全性能優異，但比容量較低，高溫下容量衰減較嚴重。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)、振實密度低、尚未批量生產等不足。上述幾種正極材料的缺點都制約了自身的進一步應用。因此，開發復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-Cu-O系列材料(簡稱三元材料)較好地兼備了各自的優點，彌補了各自的不足，具有高比容量、成本較低、循環性能穩定、安全性能較好等特點。
【發明內容】
[0005]本發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]為實現這一目的，本發明是通過如下技術方案實現的:
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)、銅鹽(Cu (AC)2■ 4Η20,分析純)配成飽和溶液；
(2)按Li:Mn:Cu= 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(5)中溶液出現粉紅色凝膠時，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；
(8)將干凝膠在放入高溫煅燒10-15h，然后研磨即得到最終產品。
[0008]本發明具有下列優點和特性:
(1)原料各組分可達到原子級別的均勻混合，產物均勻性好；
⑵計量比可精確控制，產物純度高；
⑶產物顆粒尺寸小，粒徑分布窄，可通過改變工藝參數進行精確控制；
⑷熱處理溫度及熱處理時間可顯著降低。
[0009]實施例一:
分別取一定量的鋰鹽(LiAC ■ 2H20,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2 ■ 4H20,分析純)、銅鹽(Cu(AC)2.4Η20,分析純)，用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn:Cu = 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，加入同時要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調至6.0，調好后，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 ;當溶液出現粉紅色凝膠時，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；將干凝膠在放入高溫煅燒10h，然后研磨即得到最終產品。
[0010]實施例二:
分別取一定量的鋰鹽(LiAC ■ 2H20,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2 ■ 4H20,分析純)、銅鹽(Cu(AC)2.4Η20,分析純)，用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn:Cu = 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，加入同時要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調至6.5，調好后，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 ;當溶液出現粉紅色凝膠時，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；將干凝膠在放入高溫煅燒13h，然后研磨即得到最終產品。
[0011]實施例三:
分別取一定量的鋰鹽(LiAC ■ 2H20,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2 ■ 4H20,分析純)、銅鹽(Cu(AC)2.4Η20,分析純)，用去離子水分別配成飽和溶液，再按Li:Mn:Cu = 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，加入同時要不停搖勻，再用氨水將溶液pH值調至7.0，調好后，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 ;當溶液出現粉紅色凝膠時，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；將干凝膠在放入高溫煅燒15h，然后研磨即得到最終產品。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池三元復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行: (1)分別將鋰鹽(LiACdH2O,分析純)和錳鹽(Mn(AC)2.4Η20,分析純)、銅鹽(Cu (AC)2■ 4Η20,分析純)配成飽和溶液；(2)按Li:Mn:Cu= 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(5)中溶液出現粉紅色凝膠時，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； (8)將干凝膠在放入高溫煅燒10-15h，然后研磨即得到最終產品。
3.根據權利要求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.根據權利要求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。
5.根據權利要求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。
【文檔編號】H01M4/505GK104269551SQ201410459631
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】李夢思 申請人:李夢思