[发明专利]一种镍钴锰酸锂复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法，尤其是涉及一种锂离子电池镍钴锰酸锂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有安全性好，放电比能量高，充放电寿命长等优点，已经被广泛用于数码产品、电动工具及电动自行车等领域。随着石油等能源资源不断被消耗，人们加深了对能源危机的认识，作为电动汽车及混合动力汽车关键组成部分的锂离子动力电池，越来越受到人们的关注。

锂离子电池正极材料是锂离子电池中最关键的部分，目前市场上的锂离子蓄电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂及镍钴锰酸锂。其中，钴酸锂是市场占有率最大的正极材料，但是钴资源严重稀缺，价格昂贵，且在过充电时存在安全隐患，其在大容量电池中的应用受到了很大的制约。层状的锰酸锂虽然具有200mAh·g^-1的比容量，但是结构稳定性很差，而尖晶石型的锰酸锂比容量很低，而且高温下的结构稳定性有待加强。磷酸亚铁锂材料振实密度低、加工性能差，限制了该材料的进一步应用。镍钴锰酸锂采用相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中大量的钴，因而其在降低成本方面具有非常明显的优势；同时，它可逆容量大，结构稳定，安全性能好，具有较高的电导率和热稳定性。和其他锂离子电池正极材料相比，镍锰钴酸锂材料和钴酸锂材料的电化学性能和加工性能非常接近，是最有可能取代钴酸锂的一种材料，具有非常大的市场前景。

目前，镍锰钴酸锂的制备主要采用高温固相合成法及共沉淀法。其中高温固相合成法是将锂源、镍源、钴源、锰源研磨混合，在1000℃左右高温下煅烧合成，最后粉碎而成。该方法因固相扩散速度慢，混料难以均匀，产物在结构、组成方面存在较大的差异从而导致其电化学性能稳定性不高。共沉淀法制备镍锰钴酸锂的工艺过程主要是前躯体的合成，混锂及烧结。一般先从可溶性金属盐中沉淀出含镍钴锰的氢氧化物或碳酸盐的前躯体，把前躯体洗涤、干燥后与锂盐采用固相混合方式混合均匀后，在高温下烧结制备镍锰钴酸锂。该方法在前躯体合成过程中使用了大量的氨水作为沉淀剂，对环境产生大量污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种粒径分布均匀，反应活性高，振实密度高，成本低的镍钴锰酸锂复合正极材料。

本发明的另一个目的是，提供一种简单实用，适合于不同组分的镍钴锰酸锂，易于实现工业化的镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明之镍钴锰酸锂复合正极材料，其化学式为Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂，其中0.2<x≤0.8，0＜y≤0.5，x+y＜1。   

本发明之镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将可溶性镍盐、钴盐、锰盐与络合剂混合均匀后，与氢氧化钠沉淀剂于带有超声装置的搅拌反应器中反应，得到镍钴锰的复合氢氧化物，然后将该复合氢氧化物、水溶性高分子化合物与锂盐置于带有超声装置的搅拌反应器中，在超声强化搅拌混合过程中进行喷雾干燥，得到镍钴锰酸锂的前躯体，在一定气氛保护下，前躯体经过一次烧结，得到性能优良的镍钴锰酸锂产品。

其具体步骤如下：

（1）以镍、钴、锰的可溶性盐为原料，按正极材料镍钴锰酸锂Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂组分中镍、钴、锰的摩尔比，与络合剂一起加入到去离子水中，搅拌均匀，配制成0.5~2.5M镍钴锰盐的混合水溶液，搅拌均匀；然后将镍钴锰盐的混合水溶液和沉淀剂氢氧化钠水溶液按摩尔比为1∶1.00-1.02的量以400~1000 mL/h的速度同时加入带有超声装置的搅拌反应器中，在反应温度为40~60℃、超声频率为20~40KHz、搅拌速度为400~1200 r/min条件下反应1~8 h，得镍钴锰复合氢氧化物悬浮液；

所述镍的可溶性盐包括但不限于硫酸镍、醋酸镍、氯化镍或硝酸镍。

所述钴的可溶性盐包括但不限于硫酸钴、醋酸钴、氯化钴或硝酸钴。

所述锰的可溶性盐包括但不限于硫酸锰、醋酸锰、氯化锰或硝酸锰。

所述络合剂为柠檬酸、三乙醇胺、乙二胺四乙酸中的一种或几种，加入量为所述镍钴锰复合氢氧化物摩尔质量的0.05~5%。

（2）将步骤（1）所得镍钴锰复合氢氧化物悬浮液进行固液分离，然后将所得镍钴锰复合氢氧化物固体物料用去离子水洗涤至中性；