[发明专利]一种镍钴锰酸锂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，尤其是涉及一种镍钴锰酸锂三元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，因此研究者对镍钴锰酸锂前驱体的制备方法开始了深入的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种循环性能好的镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种镍钴锰三元正极材料的制备方法，包括如下歩骤：

(1)将镍盐、钴盐、锰盐按照一定的摩尔比混合，加入去离子水搅拌溶解，制成混合盐溶液；将可溶性碱溶于去离子水中，配制成碱溶液；将氧化剂溶于去离子水中，配制成氧化剂溶液；在25～80℃下，将碱溶液和氧化剂溶液分别以5mL/min～100mL/min 的流速同时加入到所述混合盐溶液中，匀速搅拌，待碱溶液和氧化剂溶液完全加入后，密封反应釜，常压下继续搅拌反应3～8h，得到共沉淀反应混合物；将上述共沉淀反应混合物进行固液分离，用去离子水洗涤3～4 次，将过滤物置于烘箱中，在80～100℃下真空干燥12～24h，得到三元正极材料前驱体；

(2)在上述三元正极材料前驱体中加入锂盐混合研磨，锂盐的加入量为Li:(Ni+Co+Mn)摩尔比为1～1.2：1，研磨均匀后，进行高温固化反应：先在500 ℃下保温5h，再升温到900℃下烧结24h，得到正极材料LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂；

(3) 将锂盐和硼化合物按照摩尔比Li：B ＝1：2 加入到乙醇溶液中，搅拌1～2h，将正极材料LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂加入到该溶液中，在70～80℃的温度下混合搅拌4～8h，直到乙醇完全蒸发，在空气气氛400～600 ℃下热处理4～10h，得到Li₂O-2B₂O₃ 包覆的镍钴锰三元正极材料。

所述歩骤(1) 中，所述镍盐为硫酸镍，硝酸镍和氯化镍中的至少一种，所述钴盐为硫酸钴，硝酸钴和氯化钴中的至少一种，所述锰盐为硝酸锰和硫酸锰的至少一种。

所述歩骤(1) 中，所述镍盐、钴盐、锰盐按摩尔比Ni：Co：Mn ＝16：3：1 的比例配制混合盐溶液。

所述歩骤(1) 中，所述混合盐溶液中金属离子浓度为0.25mol/L～2mol/L。

所述可溶性碱为氢氧化钠，氢氧化铵和氢氧化钾中的至少一种；所述氧化剂为Na₂S₂O₈ 和K₂S₂O₈ 中的至少一种。

所述碱溶液中可溶性碱的浓度为1mol/L～5mol/L ；所述氧化剂溶液中氧化剂的浓度为1mol/L～2mol/L。

所述歩骤(2) 中所述锂盐为氢氧化锂，乙酸锂，草酸锂和碳酸锂中的至少一种。