[发明专利]一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是涉及一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，属于能源材料技术领域。

背景技术

锂离子电池具有高能量、长寿命、无记忆效应和低污染等优点，被广泛应用于手机、计算机、电动自行车、电动汽车、国防等多种领域。目前，锂离子电池采用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂等，随着应用在电动汽车中动力电池的发展，由于磷酸铁锂和锰酸锂的能量密度偏低，不能满足其要求。而镍钴锰酸锂具有比容量高、热稳定性好和价格低廉等优点，是锂离子电池正极材料中最具潜力的一种，在电动车、电动工具等动力领域具有很好的应用前景。

目前，制备镍钴锰酸锂(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)的常用方法有高温固相法和共沉淀-高温固相法。高温固相法是将镍源、钴源、锰源、锂源球磨均匀，再进行高温煅烧。该方法的缺点是难以将镍钴锰三种元素混合均匀，因此就不能充分发挥三者的协同作用，而且制备的材料的形貌很难控制，通常合成的粉体材料由无规则的颗粒组成，这种材料的堆积密度低，流动性差，不利于正极材料的制作。另一种方法是共沉淀-高温固相法，即先通过共沉淀法制备出镍钴锰氢氧化物前驱体，再加入锂源烧结，得到镍钴锰酸锂，该方法在加入锂源后的烧结过程中，基本不改变前驱体的形貌和粒度。而镍钴锰酸锂材料的形貌、粒度在锂离子电池的诸多性能中起着关键的作用，合成出具有适宜形貌和粒度的镍钴锰酸锂前驱体成为影响镍钴锰酸锂性能的关键，因此研究者对镍锰钴酸锂前驱体的制备方法开始了深入的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，该方法制备了一种具有有序介孔结构的、电化学性能优异的镍钴锰酸锂正极材料。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂、镍、钴、锰可溶性盐按一定的摩尔比溶解于水-有机溶剂中形成金属溶液，所述水-有机溶剂的混合物中，水占混合物的质量比为10-40wt％；

(2)配制氨水、碳酸氢铵和聚乙二醇的混合水溶液，配置后的混合水溶液中氨水的浓度为0.5-1.5mol/L，碳酸氢铵的浓度为3-5mol/L，聚乙二醇的浓度为0.1-0.3mol/L；

(3)将步骤(1)配制的金属溶液中加入二氧化硅分子筛搅拌均匀，得到混合溶液A，然后在机械搅拌条件下将步骤(2)配制的混合水溶液滴加入混合溶液A中，机械搅拌10-20h，得到碳酸镍钴锰锂-二氧化硅分子筛前驱体沉淀；

(4)将步骤(3)所得碳酸镍钴锰锂-二氧化硅分子筛前驱体沉淀洗涤干燥后，在氧气气氛下700-900℃煅烧8-15h，得到镍钴锰酸锂-二氧化硅分子筛材料；

(5)将步骤(4)中所得的镍钴锰酸锂-二氧化硅分子筛材料用氢氧化钠溶液搅拌洗涤，除去二氧化硅分子筛，经水洗干燥，获得所述的镍钴锰酸锂正极材料。

进一步，所述金属溶液中锂、镍、钴、锰的摩尔比为1.02-1.08：1/3：1/3：1/3，锂、镍、钴、锰离子的摩尔总浓度为3-4mol/L。

进一步，所述锂盐为一水氢氧化锂、无水氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种。

进一步，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种。

进一步，所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种。

进一步，所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种。

进一步，所述水-有机溶剂中的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丙酮中的一种或几种。

进一步，所述二氧化硅分子筛为KIT-6、SBA-15、CCM-41或MCM-4中的一种。

进一步，所述氢氧化钠溶液的质量分数为1-5％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)以具有有序介孔结构的二氧化硅分子筛为模板，用硬模板法制备具有有序介孔结构的镍钴锰酸锂材料；

2)在步骤(2)中，直接加入可溶性锂盐与镍、钴、锰的可溶性盐形成金属溶液，而不是在制备氢氧化镍钴锰之后再与锂混合，可以实现锂与镍钴锰的均匀分布，有利于减少制备步骤，同时，以小分子有机物作为溶剂，能降低金属离子在沉淀过程中的团聚现象；

3)氨水和碳酸氢铵作为金属离子的络合剂和沉淀剂，碱液中各成分不溶于有机溶剂，能降低碱液与金属离子的接触速率，聚乙二醇作为分散剂，阻止了沉淀颗粒的团聚现象，有利于合成颗粒小、均匀的纳米沉淀；