正极材料前驱体制备方法和烧结方法、以及锂离子电池技术

本发明专利技术正极材料前驱体制备方法，包括如下步骤：1a)配置混合溶液A：按Ni：Mn＝1:3配置可溶性镍源化合物和锰源化合物并得到混合溶液A；1b)配置混合溶液B；1c)将混合溶液A和混合溶液B滴加入反应容器中进行充分搅拌；1d)将充分搅拌的混合溶液A和混合溶液B进行静置陈化，后进行抽滤洗涤；1e)烘干，并最终得到高倍率镍锰酸锂正极材料前驱体。本发明专利技术利用草酸盐系列沉淀剂，有效的简化了共沉淀镍锰前驱体的合成过程，并材料微波快速烧结的工艺，使其制备周期大大缩短，得到大比表面积的镍锰酸锂材料，有效的提高了电极材料的大倍率充放电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应用于锂离子电池领域，尤其涉及镍锰酸锂材料的快速合成
，具体的，其提供一种正极材料前驱体制备方法和烧结方法、以及锂离子电池。
技术介绍
二十世纪以来，随着人类社会的不断发展，对能源的需求日益增长，能源的短缺甚至枯竭成为人类继续发展的瓶颈，人民迫切的需要找到一种新型的、廉价的、储能效率高的、对环境友好的电池材料；七十年代能源危机以来，以锂与过渡金属化合物为储能材料的新型电池登上历史舞台，与过去的二次电池相比，锂离子二次电池拥有电压高、能力密度大、循环性能好等突出优点，而锂离子电池的性能很大程度上更取决于正极材料；尤其是索尼公司于1992年发布第一款商业化锂离子电池，其以层状钴酸锂为正极材料；但是钴酸锂材料存在成本过高，环境不友好，热稳定性差等缺点，因此在改善钴酸锂正极材料的同时，新型锂离子电池正极材料也需要进行不断创新；不同于钴酸锂材料发展而来的三元层状材料以及橄榄石性的磷酸铁锂材料，以锰酸锂为代表的尖晶石型正极材料，具有三维离子迁移通道，因此具有更出色的电化学性能；在尖晶石材料中，锰酸锂结构不稳定，容易发生晶相转变，导致容量衰减过快，循环性能差，能量密度不高等缺点。镍锰酸锂材料是在锰酸锂材料的基础上，将部分锰镍取代，使镍在充放电循环中发生价态变化，而锰在材料中起骨架作用，稳定结构；镍锰酸锂材料可逆容量达147mAh/g，电压平带为4.7V。目前，制备尖晶石型镍锰酸锂材料的制备方法主要有固相球磨法、溶胶凝胶法、共沉淀法、高温水热、喷雾干燥等。Gao等人[ControlledPreparationandCharacterizationofSphericalLiNi0.5Mn1.5O4CathodeMaterialforLithium-IonBatteries.\JournalofTheElectrochemicalSociety2010.157(7):A899]使用碳酸钠作为沉淀剂，硫酸盐作为锰源和镍源制备尖晶石型镍锰酸锂，其0.2C，1C，5.0C倍率下首圈充放电容量分别为136.7,129.2和108.8mAhg-1。同时，在反应过程中对pH的控制要求较高，烧结过程复杂，能量耗费巨大。如，中国专利技术申请专利号为201210532234.1公开了一种共沉淀法制备锰浓度梯度的镍锰酸锂材料，使其锰在内层的浓度高，起稳定结构作用，在外层浓度低，减少电解液对电极材料的侵蚀，但其前驱体合成步骤过于繁琐，工业生产难度较大。因此，有必要提出一种正极材料前驱体制备方法和烧结方法、以及锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是针对现有生产技术的不足，提出一种正极材料前驱体制备方法和烧结方法、以及锂离子电池，前驱体一次粒子呈片状，二次粒子由片状组成的球形，使得材料具有较大比表面积，提升其倍率性能。本专利技术通过如下技术方案实现上述所需解决问题：一种正极材料前驱体制备方法，其包括如下步骤：1a)配置混合溶液A：按Ni：Mn＝1:3配置可溶性镍源化合物和锰源化合物并得到混合溶液A；1b)配置混合溶液B；1c)将混合溶液A和混合溶液B滴加入反应容器中进行充分搅拌；1d)将充分搅拌的混合溶液A和混合溶液B进行静置陈化，后进行抽滤洗涤；1e)烘干，并最终得到正极材料前驱体。进一步的，所述步骤1b)中混合溶液B为(NH4)2C2O4·H2O和去离子水的混合溶液，按计量比(NH4)2C2O4·H2O为过量0％-20％。进一步的，步骤1c)中，搅拌温度为30°-70°，搅拌时PH值控制于4-7。进一步的，步骤1d)中，洗涤为利用蒸馏水进行洗涤，洗涤次数为三次；同时陈化时间为12h。进一步的，所述烘干为置于由真空干燥箱构成的烘干容器内进行烘干，烘干温度为60°-100°，时间为12h。一种正极材料前驱体烧结方法，包括如下步骤：2a)将高倍率镍锰酸锂正极材料前驱体与锂源混合；2b)将混合后的高倍率镍锰酸锂正极材料前驱体和锂源置入由微波烧结矿构成的烧结容器中：2c)控制烧结容器于20°-50°/min升温至400°-600°进行保温，后冷却；2d)控制烧结容器于20°-50°/min升温至700°-1000°进行再次保温，后再次冷却；2e)进行回火。进一步的，所述锂源由Li2CO3构成，按计量比，锂源添加量为过量0％-10％。进一步的，步骤2e)中回火容器为马弗炉，回火温度为500°-700°。进一步的，所述步骤2e)中回火温度时间为12h，步骤2c)和步骤2d)中，保温和再次保温时间均为30～120min。一种锂离子电池，前驱体由正极材料前驱体制备方法制备后由正极材料前驱体烧结方法进行烧结所得。与现有技术相比，本专利技术的正极材料前驱体制备方法和烧结方法、以及锂离子电池的有益效果在于：利用草酸盐系列沉淀剂，有效的简化了共沉淀镍锰前驱体的合成过程，并材料微波快速烧结的工艺，使其制备周期大大缩短，得到大比表面积的镍锰酸锂材料，有效的提高了电极材料的大倍率充放电性能。附图说明图1是实施例1的结构示意图；具体实施方式实施例1：一种前驱体制备方法及烧结方法a，其包括如下步骤：1)称取6.571gNiSO4和12.675gMnSO4，加入到100ml去离子水中，完全溶解得到混合溶液A2)称取14.2(NH4)2C2O4·H2O加入到100ml去离子水中，完全溶解得到混合溶液B；3)混合溶液A和混合溶液B溶液以一定速率同时滴加入到反应釜中，反应温度为50℃，调节pH为6，滴加完成后搅拌2h；4)静止陈化12h，后抽滤洗涤溶液，并利用由真空干燥箱构成的烘干容器进行烘干，烘干温度为100°，时间为12h最终得到草酸盐前驱体，草酸盐前驱体的化学成为Ni0.5Mn1.5(C2O4)2；5)称取2g草酸盐前驱体，与0.21g由Li2CO3构成的锂源充分混合，并置于由微波烧结矿构成的烧结容器中，控制烧结容器于20℃/min升温至500℃进行保温30min，后冷却；6)控制烧结容器于20℃/min再次升温至900℃进行保温30min，后再次冷却；7)将进行步骤6)后的草酸盐前驱体与锂源混合物置于由马弗炉构成的回火容器中，控制回火容器温度于700℃并保温12h，制备得到由LiNi0.5Mn1.5O4构成的镍锰酸锂前驱体。步骤7)制备所得的镍锰酸锂前驱体适用于锂离子电池。请参照图1，其为附图1是本实施例制备的草酸盐前驱体(表现为图a)与微波烧结后的镍锰酸锂前驱体(表现为图b)扫描电子显微图。从图中可以看出，草酸盐前驱体有片状的一次粒子组成的类球体，粒子大小约为20μm。微波烧结后的镍锰酸锂前驱体，粒子大小约为15μm左右，由大量1～2μm左右的一次粒子组成，孔隙率较大，这样的结构有利于与电解液充分接触，提高电极材料的倍率性能。实施例2：一种前驱体制备方法及烧结方法b，其包括如下步骤：1)称取6.571gNiSO4和12.675gMnSO4，加入到100ml去离子水中，完全溶解得到混合溶液A2)称取17.04g(NH4)2C2O4·H2O加入到100ml去离子水中，完全溶解得到混合溶液B；3)混合溶液A和混合溶液B溶液以一定速率同时滴加入到反应釜中，反应温度为30℃，调节pH为4，滴加完成后搅拌3h；4)静止陈化18h，后抽滤洗涤溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极材料前驱体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1a)配置混合溶液A：按Ni：Mn＝1:3配置可溶性镍源化合物和锰源化合物并得到混合溶液A；1b)配置混合溶液B；1c)将混合溶液A和混合溶液B滴加入反应容器中进行充分搅拌；1d)将充分搅拌的混合溶液A和混合溶液B进行静置陈化，后进行抽滤洗涤；1e)烘干，并最终得到正极材料前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种正极材料前驱体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1a)配置混合溶液A：按Ni：Mn＝1:3配置可溶性镍源化合物和锰源化合物并得到混合溶液A；1b)配置混合溶液B；1c)将混合溶液A和混合溶液B滴加入反应容器中进行充分搅拌；1d)将充分搅拌的混合溶液A和混合溶液B进行静置陈化，后进行抽滤洗涤；1e)烘干，并最终得到正极材料前驱体。2.根据权利要求1所述的正极材料前驱体制备方法，其特征在于：所述步骤1b)中混合溶液B为(NH4)2C2O4·H2O和去离子水的混合溶液，按计量比(NH4)2C2O4·H2O为过量0％-20％。3.根据权利要求1所述的正极材料前驱体制备方法，其特征在于：步骤1c)中，搅拌温度为30°-70°，搅拌时PH值控制于4-7。4.根据权利要求1所述的正极材料前驱体制备方法，其特征在于：步骤1d)中，洗涤为利用蒸馏水进行洗涤，洗涤次数为三次；同时陈化时间为12h。5.根据权利要求1-4任意一项所述的正极材料前驱体制备方法，其特征在于：所述烘干为置于由真空干燥箱构成的烘干容器内进行烘干，烘干温度为60°-100°，时间为12h...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳伟，刘贯东，傅裕，
申请(专利权)人：苏州宇量电池有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32