CN110970614A - 一种富锂锰基正极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富锂锰基正极材料，所述富锂锰基正极材料的平均粒径为7～10um，振实密度为1.28g/cm3，比表面积37.1m2/g；相比传统使用磷酸铁锂作为正极材料，其振实密度高，提高正极材料的实际容量，从而提高了锂离子电池整体的能量密度；还公开了一种制备上述富锂锰基正极材料的制备方法，其工艺简单，降低锂离子电池的生产成本低廉，可以大规模工业化生产，经济效益显著。

Description

一种富锂锰基正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池的技术领域，尤其涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法。
背景技术
目前，高续航里程等是电动汽车对锂离子电池的基本要求，在锂离子电池体积一定时，要提高电动汽车的续航里程，必须提高锂离子电池的能量密度，其中锂离子电池的能量密度的大小与锂离子正负极材料的容量息息相关，现时锂离子电池的正极材料一般为磷酸铁锂，其振实密度最高只能达到1.0g/cm3，导致正极材料的实际容量偏低，从而导致锂离子电池的能量密度无法满足电动汽车延长续航里程的需要。并且现时锂离子正极材料生产工艺复杂，导致锂离子电池的生产成本高，无法进行大规模的工业生产。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种富锂锰基正极材料，其振实密度高，因此比容量高，从而提高锂离子电池的能量密度；目的之二在于提供一种富锂锰基正极材料的制备方法，简化正极材料的生产工艺，从而缩短锂离子电池的生产周期。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：一种富锂锰基正极材料，所述富锂锰基正极材料的平均粒径为7～10um，振实密度为1.28g/cm3，比表面积37.1m2/g；相比传统使用磷酸铁锂作为正极材料，其振实密度高，提高正极材料的实际容量，从而提高了锂离子电池整体的能量密度。
一种富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将镍盐、钴盐和锰盐按照摩尔比为5∶2∶13混合配制成浓度为1mol/L的无机盐溶液；
b)将浓度为80g/L的氢氧化钠溶液与浓度为7g/L络合剂混合形成碱性溶液；
c)将所述无机盐溶液和所述碱性溶液混合进行搅拌反应得到氢氧化镍钴锰前驱体溶液，搅拌过程中调节所述碱性溶液的进料量，保证氢氧化镍钴锰前驱体溶液的pH值在9.55～10之间，加热温度为55℃，反应时间为20～30h；
d)检测氢氧化镍钴锰前驱体的粒子大小为7～10um停止添加碱性溶液，然后分滤出氢氧化镍钴锰前驱体；
e)将氢氧化镍钴锰前驱体洗涤后过滤烘干；
f)将制得氢氧化镍钴锰前驱体与锂源按质量比为1∶(1.4～1.6)混合均匀；
g)将步骤f)制得的混合物以10℃/min的升温速率从室温升至450℃，然后保持恒温6h，再以10℃/min升温速率从450℃升至900℃，然后保持恒温12h；
h)将步骤g)制得的混合物进行焙烧，焙烧后进行冷却破碎分级，最后制得富锂锰基正极材料。
优选地，在步骤a)中，所述镍盐、钴盐和锰盐分别为硫酸盐、硝酸盐、氯化盐中的一种。
优选地，在步骤b)中，所述络合剂为氨水、碳酸氢铵、柠檬酸、草酸中的一种或多种。
优选地，在步骤f)中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂中的一种或几种。
优选地，在步骤h)中，所述焙烧的温度为450～900℃。
优选地，在步骤h)中，所述焙烧的时间为20～24h。
相比现有技术，本发明富锂锰基正极材料的制备方法工艺简单，降低锂离子电池的生产成本低廉，可以大规模工业化生产，经济效益显著。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的富锂锰基正极材料SEM图；
图3为本发明的富锂锰基正极材料XRD图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1
将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰按照摩尔比为5∶2∶13混合并加入溶剂配制成浓度为1mol/L的无机盐溶液；将浓度为80g/L的氢氧化钠溶液与浓度为7g/L络合剂混合形成碱性溶液，将所述无机盐溶液和所述碱性溶液混合进行搅拌反应得到氢氧化镍钴锰前驱体溶液，搅拌过程中调节所述碱性溶液的进料量，保证氢氧化镍钴锰前驱体溶液的pH值在9.55～10之间，加热温度为55℃，反应时间为20～30h，检测氢氧化镍钴锰前驱体的粒子大小为7～10um停止添加碱性溶液，然后分滤出氢氧化镍钴锰前驱体；将氢氧化镍钴锰前驱体洗涤后过滤烘干；
将制备的氢氧化镍钴锰前驱体与碳酸锂按质量比为1∶1.4混合均匀，再以10℃/min的升温速率从室温升至450℃，然后保持恒温6h，再以10℃/min升温速率从450℃升至900℃，然后保持恒温12h，最后经焙烧后进行冷却破碎分级，得到富锂锰基正极材料。
经检验该富锂锰基正极材料的初始容量为137mAh/g，充放电效率为81.95％，百次充放电循环容量保持率保持在99.96％。
实施例2
按实施例1中制备所得的氢氧化镍钴锰前驱体与碳酸锂按质量比为1∶1.45混合均匀，其他工艺条件及步骤与实施例1的工艺条件及步骤一致，最后制得富锂锰基正极材料。
经检验该富锂锰基正极材料的初始容量为148.9mAh/g，充放电效率为80.8％，百次充放电循环容量保持率保持在99.52％。
实施例3
按实施例1中制备所得的氢氧化镍钴锰前驱体与碳酸锂按质量比为1∶1.5混合均匀，其他工艺条件及步骤与实施例1的工艺条件及步骤一致，最后制得富锂锰基正极材料。
经检验该富锂锰基正极材料的初始容量为180.1mAh/g，充放电效率为78.21％，百次充放电循环容量保持率保持在99.12％。
实施例4
按实施例1中制备所得的氢氧化镍钴锰前驱体与碳酸锂按质量比为1∶1.6混合均匀，其他工艺条件及步骤与实施例1的工艺条件及步骤一致，最后制得富锂锰基正极材料。
经检验该富锂锰基正极材料的初始容量为200.9mAh/g，充放电效率为69.06％，百次充放电循环容量保持率保持在99％。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种富锂锰基正极材料，其特征在于：所述富锂锰基正极材料的平均粒径为7～10um，振实密度为1.28g/cm3，比表面积37.1m2/g。
2.一种如权利要求1所述富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a)将镍盐、钴盐和锰盐按照摩尔比为5∶2∶13混合配制成浓度为1mol/L的无机盐溶液；
b)将浓度为80g/L的氢氧化钠溶液与浓度为7g/L络合剂混合形成碱性溶液；
c)将所述无机盐溶液和所述碱性溶液混合进行搅拌反应得到氢氧化镍钴锰前驱体溶液，搅拌过程中调节所述碱性溶液的进料量，保证氢氧化镍钴锰前驱体溶液的pH值在9.55～10之间，加热温度为55℃，反应时间为20～30h；
d)检测氢氧化镍钴锰前驱体的粒子大小为7～10um停止添加碱性溶液，然后分滤出氢氧化镍钴锰前驱体；
e)将氢氧化镍钴锰前驱体洗涤后过滤烘干；
f)将制得氢氧化镍钴锰前驱体与锂源按质量比为1∶(1.4～1.6)混合均匀；
g)将步骤f)制得的混合物以10℃/min的升温速率从室温升至450℃，然后保持恒温6h，再以10℃/min升温速率从450℃升至900℃，然后保持恒温12h；
h)将步骤g)制得的混合物进行焙烧，焙烧后进行冷却破碎分级，最后制得富锂锰基正极材料。
3.如权利要求2所述富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤a)中，所述镍盐、钴盐和锰盐分别为硫酸盐、硝酸盐、氯化盐中的一种。
4.如权利要求2所述富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤b)中，所述络合剂为氨水、碳酸氢铵、柠檬酸、草酸中的一种或多种。
5.如权利要求2所述富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤f)中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂中的一种或几种。
6.如权利要求2所述富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤h)中，所述焙烧的温度为450～900℃。
7.如权利要求6所述富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤h)中，所述焙烧的时间为20～24h。
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