CN104269550A - 一种Li-Mn-Fe三元复合电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三元复合锂离子电池正极材料及其制备方法，它是用锂盐(LiAC)和锰盐(Mn(AC)2)、铁盐(Fe(AC)2)的饱和溶液按Li：Mn：Fe=1：0.5：0.5的比例混合，并不停摇匀，往混合溶液中先加入一定量柠檬酸(C6H8O7)饱和水溶液，然后用氨水将溶液pH值调至6.0-7.0，再将所得溶液在磁力搅拌的条件下水浴加热，当溶液出现粉红色凝胶时，停止加热，将所得凝胶直接放入箱式炉在100-150℃干燥脱水3-6小时，最后将所得干凝胶在放入高温煅烧10-15h，煅烧后研磨即得到最终产品。

Description

一种 Li-Mn-Fe 三元复合电池正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池三元复合正极材料及其制备方法，特别涉及一种多晶锂锰铁三元材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展以及人民物质文化生活水平的提高，人们对电池的需求量越来越大，对电池的性能的要求也越来越高。特别是随着空间技术的发展和军事装备的需求，信息和微电子工业的迅猛发展所带来的大量工业用、民用、医用便携式电子产品的问世，电动汽车的研制和开发，以及环境保护意识的增强，人们对体积小，重量轻，高能量，安全可靠，无污染，可反复充电使用的电池的需求更加迫切。
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。
目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。其中，钴酸锂（LiCoO2）制备工艺简单，充放电电压较高，循环性能优异而获得广泛应用。但是，因钴资源稀少、成本较高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制。锰酸锂除了尖晶石结构的LiMn2O4外，还有层状结构的LiMnO2。其中层状LiMnO2比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差。尖晶石结构LiMn2O4工艺简单，价格低廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量衰减较严重。磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在放电电压低（3.4V）、振实密度低、尚未批量生产等不足。上述几种正极材料的缺点都制约了自身的进一步应用。因此，开发复合正极材料成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。其中，层状Li-Mn-Fe-O系列材料（简称三元材料）较好地兼备了各自的优点，弥补了各自的不足，具有高比容量、成本较低、循环性能稳定、安全性能较好等特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法。
为实现这一目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
采用溶胶凝胶法制备锂离子电池三元正极材料。
一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：
⑴ 分别将锂盐(LiAC・2H2O,分析纯)和锰盐(Mn(AC)2・4H2O,分析纯)、铁盐(Fe(AC)2・4H2O,分析纯)配成饱和溶液；
⑵ 按Li：Mn：Fe = 1：0.5：0.5的比例混合步骤⑴所配的饱和溶液，并不停摇匀；
⑶ 往⑵中的加入一定量柠檬酸(C6H8O7・H2O,分析纯)饱和水溶液，并不停摇匀；
⑷ 加入用氨水将⑶中溶液pH值调至6.0-7.0；
⑸ 将⑷中所得溶液在磁力搅拌的条件下水浴加热，加热温度为50-60℃，搅拌速度为100-120r/min；
⑹ 当⑸中溶液出现粉红色凝胶时，停止加热；
⑺ 将所得凝胶直接放入箱式炉在100-150℃干燥脱水3-6小时；
⑻ 将干凝胶在放入高温煅烧10-15h，然后研磨即得到最终产品。
本发明具有下列优点和特性：
⑴ 原料各组分可达到原子级别的均匀混合，产物均匀性好；
⑵ 计量比可精确控制，产物纯度高；
⑶ 产物颗粒尺寸小，粒径分布窄，可通过改变工艺参数进行精确控制；
⑷ 热处理温度及热处理时间可显著降低。
实施例一：
分别取一定量的锂盐(LiAC・2H2O,分析纯)和锰盐(Mn(AC)2・4H2O,分析纯)、铁盐(Fe(AC)2・4H2O,分析纯)，用去离子水分别配成饱和溶液，再按Li：Mn：Fe = 1：0.5：0.5的比例混合所配的饱和溶液，并不停摇匀，等混合均匀后，再慢慢加入一定量柠檬酸(C6H8O7・H2O,分析纯)饱和溶液，加入同时要不停摇匀，再用氨水将溶液pH值调至6.0，调好后，将所得溶液在磁力搅拌的条件下水浴加热，加热温度为50℃，搅拌速度为100r/min；当溶液出现粉红色凝胶时，停止加热；将所得凝胶直接放入箱式炉在100℃干燥脱水3小时；将干凝胶在放入高温煅烧10h，然后研磨即得到最终产品。
实施例二：
分别取一定量的锂盐(LiAC・2H2O,分析纯)和锰盐(Mn(AC)2・4H2O,分析纯)、铁盐(Fe(AC)2・4H2O,分析纯)，用去离子水分别配成饱和溶液，再按Li：Mn：Fe = 1：0.5：0.5的比例混合所配的饱和溶液，并不停摇匀，等混合均匀后，再慢慢加入一定量柠檬酸(C6H8O7・H2O,分析纯)饱和溶液，加入同时要不停摇匀，再用氨水将溶液pH值调至6.5，调好后，将所得溶液在磁力搅拌的条件下水浴加热，加热温度为55℃，搅拌速度为110r/min；当溶液出现粉红色凝胶时，停止加热；将所得凝胶直接放入箱式炉在130℃干燥脱水4.5小时；将干凝胶在放入高温煅烧13h，然后研磨即得到最终产品。
实施例三：
分别取一定量的锂盐(LiAC・2H2O,分析纯)和锰盐(Mn(AC)2・4H2O,分析纯)、铁盐(Fe(AC)2・4H2O,分析纯)，用去离子水分别配成饱和溶液，再按Li：Mn：Fe = 1：0.5：0.5的比例混合所配的饱和溶液，并不停摇匀，等混合均匀后，再慢慢加入一定量柠檬酸(C6H8O7・H2O,分析纯)饱和溶液，加入同时要不停摇匀，再用氨水将溶液pH值调至7.0，调好后，将所得溶液在磁力搅拌的条件下水浴加热，加热温度为60℃，搅拌速度为120r/min；当溶液出现粉红色凝胶时，停止加热；将所得凝胶直接放入箱式炉在150℃干燥脱水6小时；将干凝胶在放入高温煅烧15h，然后研磨即得到最终产品。

Claims (5)

1.一种锂离子电池三元复合正极材料采用溶胶凝胶法制备方法。
2.其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：
⑴ 分别将锂盐(LiAC・2H2O,分析纯)和锰盐(Mn(AC)2・4H2O,分析纯)、铁盐(Fe(AC)2・4H2O,分析纯)配成饱和溶液；
⑵ 按Li：Mn：Fe = 1：0.5：0.5的比例混合步骤⑴所配的饱和溶液，并不停摇匀；
⑶ 往⑵中的加入一定量柠檬酸(C6H8O7・H2O,分析纯)饱和水溶液，并不停摇匀；
⑷ 加入用氨水将⑶中溶液pH值调至6.0-7.0；
⑸ 将⑷中所得溶液在磁力搅拌的条件下水浴加热；
⑹ 当⑸中溶液出现粉红色凝胶时，停止加热；
⑺ 将所得凝胶直接放入箱式炉中干燥脱水3-6小时；
⑻ 将干凝胶在放入高温煅烧10-15h，然后研磨即得到最终产品。
3.根据权利要求1所述步骤⑸中，其特征在于，加热温度为50-60℃，搅拌速度为100-120r/min。
4.根据权利要求1所述步骤⑺中，其特征在于，箱式炉保持的温度控制在100-150℃范围内。
5.根据权利要求1所述步骤⑻中，其特征在于，高温煅烧温度控制在在500-600℃范围内。
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WO2004107480A2 (en) * 2003-05-28 2004-12-09 National Research Council Of Canada Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
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