[发明专利]利用微乳液制备纳米三元复合锂离子正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料合成工艺技术领域，具体涉及一种利用微乳液制备纳米三元复合锂离子正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池具有放电电压高、比能量高、循环寿命长，安全性好及对环境友好等优点，是目前最具发展前景的一种便携式化学电源。它的主要组成部分是嵌锂化合物正极材料，在锂离子电池中占有较大比例，而且正极材料的质量是决定锂离子电池产品的性能指标，并已成为制约高性能锂离子电池发展的瓶颈。随着便携式电子设备的快速普及，对电池性能的要求越来越高。因此，高电压，高比容量和良好循环性能的锂离子电池正极材料成为研究的热点。

目前，主要应用于锂离子电池的正极材料是嵌锂过渡金属氧化物，包括层状LiMO₂(M=Co、Ni、Mn)和尖晶石LiMn₂O₄，然而这些材料的某些不足制约了它们在高容量电池方面的应用，像其中已经实现工业化的锂离子电池正极材料LiCoO₂在过充后的电极循环稳定性变差，容量衰减极快，同时电池的安全性也变差；层状LiNiO₂充放电比容量高，但热稳定性差；尖晶石型LiMn₂O₄理论比容量较低(148mAh/g)，循环稳定性较差，尤其是高温情况下容量衰减严重。因此集三者优点于一身的锂镍钴锰(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)成为研究的焦点。

关于LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的制备和性能方面的文献报道较多，其制备方法主要有高温固相法和共沉淀法。高温固相法(专利公开号200610113009.9，专利号ZL200510011676.1，美国专利US2004191161等)是以锂化合物、镍化合物，钴化合物和锰化合物为原料，混合均匀后，高温烧结制备锂镍钴锰氧。由于固相反应只是锂与镍钴锰化合物的简单混合，很难使三种过渡金属分布均匀，易在混料过程中带进杂质，难以得到纯相的锂镍钴锰氧。共沉淀法(专利号ZL200410081451.9，ZL200510031354.3，CN200410019741，CN1614801等)首先是将镍钴锰的盐与碱作用形成沉淀，将沉淀与锂化合物混合高温煅烧得到锂镍钴锰氧。共沉淀制备前驱体过程中，溶液浓度、PH、温度、搅拌速度等条件都对最终产品的影响很大，因此很难控制沉淀的形貌及尺寸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种放电比容量高，在高倍率的充放电循环过程中具有良好的循环稳定性的利用微乳液制备纳米三元复合锂离子正极材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：该方法包括如下步骤：

一、将表面活性剂曲拉通X-100和助表面活性剂正丁醇与环己烷均匀混合，制成乳化剂，将乳化剂均分为第一等份乳化剂和第二等份乳化剂；

二、将镍盐，钴盐和锰盐溶于去离子水中，搅拌均匀，制备出浓度为0.5～2.5mol/L的水溶液；

三、将步骤二中浓度为0.5～2.5mol/L的水溶液与步骤一中的第一等份乳化剂进行混合，搅拌均匀，在室温下搅拌20～60min，制成镍钴锰盐微乳液；

四、配制浓度为2～10mol/L的碱溶液，向碱溶液中加入浓度为0.25～3mol/L的络合剂，制成络合剂碱溶液；

五、使步骤四中的络合剂碱溶液和步骤一中的第二等份乳化剂进行混合，在室温下搅拌10～120min，制备碱微乳液；

六、将步骤三中的镍钴锰盐微乳液加入反应釜中，以400～1200r/min速度搅拌，并控制反应釜中反应液的温度为20～100℃；

七、向步骤六中温度为20～100℃的镍钴锰盐微乳液中逐滴滴加步骤五中的碱微乳液，至溶液PH为8～14，在20～100℃恒温的条件下，搅拌持续反应1～36h，制成浊液；

八、将步骤七中持续反应1～36h的浊液静置，待分层后抽滤、沉淀洗涤，烘干、研磨，即得Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂前驱体；

九、将步骤八中的Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂前驱体与锂化合物球磨混合均匀，过筛；