高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高振实密度球形富锂锰基正极材料及其制备方法，本发明专利技术采用共沉积的方法，制得球形富锂锰基正极材料颗粒团聚紧密，一次颗粒饱满清晰，结晶度高；采用本发明专利技术制备的富锂锰基正极材料振实密度在2.1g/cm

Preparation of spherical lithium rich manganese based cathode material with Gao Zhenshi density

The invention discloses a high tap density spherical lithium rich manganese based cathode material and its preparation method, the invention adopts the co deposition method, prepared particles of manganese based cathode materials of spherical lithium rich together closely, a plump and clear, high degree of crystallinity; the lithium rich manganese based cathode materials for the tap density of the invention prepared in 2.1g/cm

【技术实现步骤摘要】
高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法
本专利技术涉及正极材料，具体地，涉及一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法。
技术介绍
随着储能、新能源新车产业的发展，动力锂离子电池三元正极材料的需求量不断增大，也是目前市场追逐的热点。富锂锰基正极材料Li[Lix/3Mn2x/3·M1-x]O2(M＝Ni、Co和Mn)是一种结构相对独特的三元锂离子电池正极材料，一种说法认为富锂锰基正极材料是Li2MnO3和LiMO2两种层状材料的固溶体，另有研究者认为富锂锰基正极材料中的Li2MnO3以团簇形式存在于LMO2体相中。尽管目前富锂锰基正极材料Li[Lix/3Mn2x/3·M1-x]O2的结构还存在争议，但因其具有高容量和高电压的优势仍受到了广泛地关注。由于富锂锰基正极材料结构复杂，因此在制备材料时，难以利用单纯固相烧结法直接制得纯相的产物。因此，目前制备富锂锰基正极材料Li[Lix/3Mn2x/3·M1-x]O2的方法主要是共沉淀法。目前用于制备富锂锰基正极材料的共沉淀体系主要是碳酸盐体系和草酸盐体系。但碳酸盐和草酸盐前驱体配锂烧结过程中会挥发处二氧化碳等气体，导致材料的结构疏松，材料的振实密度仅在1.8g/cm3左右，材料的能量密度不高，制约着材料的进一步推广应用。相比于碳酸盐和草酸盐沉淀，氢氧化物体系产生的前驱体配氢氧化锂焙烧后无气体产生，结构必然更加密实。但因富锂锰基正极材料Li[Lix/3Mn2x/3·M1-x]O2中锰含量高，在氢氧化物体系沉淀过程中形核过快，成球不易控制，同时锰离子容易氧化，导致材料出现杂相。因此，通过精确控制反应条件和气氛进而实现氢氧化物共沉淀体系条件下高振实密度的富锂锰基正极材料Li[Lix/3Mn2x/3·M1-x]O2可控制备对提高材料的能量密度和材料的应用具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法，采用共沉积的方法，通过精确控制体系条件，制备了高振实密度的富锂锰基正极材料，制得的富锂锰基正极材料为球形紧密团聚体颗粒，一次颗粒饱满清晰，结晶度高，该方法制备富锂锰基正极材料的方法操作简单、设备投入量少、便于市场化推广，前景广阔。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将含有镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液和沉淀剂溶液在含有络合剂的溶液中进行反应，过滤，将沉淀物干燥，得前驱体；其中，镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液中Ni、Co和Mn的摩尔比为：0.35：0.3～0.4:0.6～0.7；(2)将前驱体与锂源化合物进行混合，预热，预热后升温，保温，冷却。本专利技术还提供一种根据前文所述的富锂锰基正极材料。通过上述技术方案，本专利技术采用共沉积的方法，制得球形富锂锰基正极材料颗粒团聚紧密，一次颗粒饱满清晰，结晶度高；采用本专利技术制备的富锂锰基正极材料振实密度在2.1g/cm3以上，颗粒平均粒径为10-14μm，粒度分布均匀，颗粒可形成较为密实的堆积，且材料能保持了充放电测试前的基本球形形貌，材料的结构十分稳定。该方法制备富锂锰基正极材料的方法操作简单、设备投入量少、便于市场化推广，前景广阔。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例1制得的富锂锰基正极材料的形貌图；图2为本专利技术实施例1制得富锂锰基正极材料的粒径分布图；图3为本专利技术实施例1中富锂锰基正极材料在0.5C条件下的首次充放电曲线图；图4为本专利技术实施例1中的富锂锰基正极材料在0.5C条件下的循环100次后的SEM形貌图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将含有镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液和沉淀剂溶液在含有络合剂的溶液中进行反应，过滤，将沉淀物干燥，得前驱体；其中，镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液中Ni、Co和Mn的摩尔比为：0.35：0.3～0.4:0.6～0.7；(2)将前驱体与锂源化合物进行混合，预热，预热后升温，保温，冷却。通过上述技术方案，本专利技术采用共沉积的方法，制得球形富锂锰基正极材料颗粒团聚紧密，一次颗粒饱满清晰，结晶度高；采用本专利技术制备的富锂锰基正极材料振实密度在2.1g/cm3以上，颗粒平均粒径为10-14μm，粒度分布均匀，颗粒可形成较为密实的堆积，且材料能保持了充放电测试前的基本球形形貌，材料的结构十分稳定。该方法制备富锂锰基正极材料的方法操作简单、设备投入量少、便于市场化推广，前景广阔。在上述技术方案中，步骤(1)中，含有镍盐、钴盐和锰盐溶液中Ni、Co和Mn离子的总量与沉淀剂摩尔比可在较宽范围内选择，为了得到Ni、Co、Mn和Li含量比例与预想比例相吻合的高振实密度球形富锂锰基正极材料，优选地，步骤(1)中，含有镍盐、钴盐和锰盐溶液中Ni、Co和Mn离子的总量与沉淀剂摩尔比为：1:0.9-1.1。在上述技术方案中，含有镍盐、钴盐和锰盐溶液与沉淀剂溶液和络合剂溶液的体积比可在较宽范围内选择，了得到Ni、Co、Mn和Li含量比例与预想比例相吻合的高振实密度球形富锂锰基正极材料，优选地，含有镍盐、钴盐和锰盐溶液与沉淀剂溶液和络合剂溶液的体积比为1:0.9-1.1:0.9-1.1。在上述技术方案中，含有镍盐、钴盐和锰盐溶液中Ni、Co和Mn离子的总浓度可在较宽范围内选择，为了得到Ni、Co、Mn和Li含量比例与预想比例相吻合的高振实密度球形富锂锰基正极材料，优选地，含有镍盐、钴盐和锰盐溶液中Ni、Co和Mn离子的总浓度为1.4-1.6mol/L。在上述技术方案中，沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度可在较宽范围内选择，为了得到Ni、Co、Mn和Li含量比例与预想比例相吻合的高振实密度球形富锂锰基正极材料，优选地，沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度为2.8-3.2mol/L。在上述技术方案中，络合剂溶液中络合剂的质量浓度可在较宽范围内选择，为了得到Ni、Co、Mn和Li含量比例与预想比例相吻合的高振实密度球形富锂锰基正极材料，优选地，络合剂溶液中络合剂的质量浓度为8-12％。在上述技术方案中，沉淀剂可以有多种选择，为了得到Ni、Co、Mn和Li含量比例与预想比例相吻合的高振实密度球形富锂锰基正极材料，优选地，沉淀剂为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种。在上述技术方案中，络合剂可以有多种选择，为了得到Ni、Co、Mn和Li含量比例与预想比例相吻合的高振实密度球形富锂锰基正极材料，优选地，络合剂为氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硝酸铵和尿素中的一种或多种。在上述技术方案中，镍盐、锰盐和钴盐可以有多种选择，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含有镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液和沉淀剂溶液在含有络合剂的溶液中进行反应，过滤，将沉淀物干燥，得前驱体；其中，镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液中Ni、Co和Mn的摩尔比为：0.35：0.3～0.4:0.6～0.7；(2)将前驱体与锂源化合物进行混合，预热，预热后升温，保温，冷却。

【技术特征摘要】
1.一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含有镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液和沉淀剂溶液在含有络合剂的溶液中进行反应，过滤，将沉淀物干燥，得前驱体；其中，镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液中Ni、Co和Mn的摩尔比为：0.35：0.3～0.4:0.6～0.7；(2)将前驱体与锂源化合物进行混合，预热，预热后升温，保温，冷却。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)中，含有镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液中Ni、Co和Mn离子的总量与沉淀剂摩尔比为：1:0.9-1.1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，含有镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液与沉淀剂溶液和络合剂溶液的体积比为1:0.9-1.1:0.9-1.1；优选地，含有镍盐、钴盐和锰盐溶液中Ni、Co和Mn离子的总浓度为1.4-1.6mol/L，沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度为2.8-3.2mol/L，络合剂溶液中络合剂的质量浓度为8-12％。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其中，沉淀剂为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种；和/或，络合剂为氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、硝酸铵和尿素中的一种或多种；和/或，镍盐为硫酸盐、硝酸盐和盐酸盐中的一种或多种；锰盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵夫涛，高博，王伟，
申请(专利权)人：芜湖浙鑫新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34