[发明专利]高容量、可快速充放电锂离子电池三元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，特别涉及一种高容量、可快速充放电锂离子电池三元正极材料的制备方法。

背景技术

自1991年由日本SONY公司首次推出商业化锂离子电池以来，锂离子电池已在手机、数码相机、笔记本电脑等3C产品中得到了广泛应用。锂离子电池的出现无疑给人们的生活带来了极大的便利。随着科技的发展和社会节奏的加快，人们越来越渴望使用能够快速充电且续航时间长的电子产品，这样会更加方便于人们的日常生活。近年来，随着全球对能源需求的日益增加，在传统能源短缺和环境污染问题的巨大压力下，绿色出行、零污染电动汽车等字眼已成为人们关注的焦点，其中电动汽车用动力电池更成为主要的研究热点。电动汽车所用的动力电池既需要高的功率密度也需要大的能量密度。然而，正极材料一直是制约锂离子电池实现这一优异性能的主要瓶颈。目前，商业化的锂离子电池正极材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiFePO₄等。虽然这些正极材料具有相对较高的能量密度，但在大倍率下的电化学性能均不理想，如正极材料LiFePO₄、LiCoO₂在10C～20C下进行恒电流充放电时几乎没有容量，这严重阻滞了电动汽车实现快速充放电技术的发展，因此，研究开发出具有高容量、超大倍率的锂电池正极材料已经成为电动汽车发展的关键所在。

现有的制备方法制得的三元镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料由于具有比容量高、放电电压平台高、安全性好、价格低廉、循环寿命长等优点得到了研究者的广泛关注。但目前还没有一种制备方法制得的三元镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料能够实现可快速充放。

发明内容

本发明要解决现有制备方法制得的三元镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料不能够实现可快速充放无法满足市场需求的技术问题，提供一种高容量、可快速充放电锂离子电池三元正极材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种高容量、可快速充放电锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照摩尔比6:2:2准确称量镍盐、钴盐、锰盐溶于去离子水中，待溶解完全后，通惰性气体除氧气30～60分钟，制得镍钴锰盐溶液；

(2)配制络合剂和沉淀剂的混合水溶液，通惰性气体除氧气30～60分钟；

(3)配制络合剂水溶液作为底液加入到反应釜中，通惰性气体作为保护气体，然后在机械搅拌下，借助计量泵将步骤(1)得到的镍钴锰盐溶液滴加到反应釜中，同时滴加沉淀剂和络合剂的混合水溶液，并精确控制反应体系的pH值为8.0～11.5、反应温度为50～70℃、搅拌速度为500～1000r/min进行共沉淀反应，最终得到棕黄色的前躯体固液混合物；

(4)将上述前躯体固液混合物经离心、过滤，用去离子水洗涤至中性后，在50～110℃下真空烘干，得到前躯体；

(5)测量步骤(4)得到的前躯体中镍、钴、锰含量，并将其与锂盐粉末混合均匀，得到混合物；

(6)将步骤(5)得到的混合物置于气氛炉中进行分段通气烧结，首先从室温升温至300～550℃，保温3～6h，随后升温至600～750℃，保温10～20h，最后升温至800～1000℃，保温10～20h，整个烧结过程通气，烧结结束后随气氛炉自然冷却至室温，即可得到球形高容量、可快速充放电锂离子电池三元正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂。

在上述技术方案中，步骤(1)中所述镍盐为硫酸镍盐、盐酸镍盐、硝酸镍盐和醋酸镍盐中的一种或多种；

所述钴盐为硫酸钴盐、盐酸钴盐、硝酸钴盐和醋酸钴盐中的一种或多种；

所述锰盐为硫酸锰盐、盐酸锰盐、硝酸锰盐和醋酸锰盐中的一种或多种。

在上述技术方案中，步骤(1)中所述镍盐、钴盐和锰盐的总浓度为1.5～4mol/L。

在上述技术方案中，步骤(2)中所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化锂和氢氧化钠中的一种或多种，所述沉淀剂的浓度为4～8mol/L。

在上述技术方案中，步骤(2)和步骤(3)中所述络合剂为氨水、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种，所述络合剂的浓度为2～10mol/L。

在上述技术方案中，步骤(3)中所述镍钴锰盐溶液的滴加速度为1～50L/h。