[发明专利]一种高倍率三元正极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别公开了一种高倍率三元正极材料的制备方法及其应用。该高倍率三元正极材料的制备方法，其特征为：配制镍、钴、锰盐混合溶液、氨水溶液和沉淀剂溶液；向反应釜内加氨水溶液和去离子水混合均匀，向反应釜内加镍、钴、锰盐混合溶液和沉淀剂溶液，在惰性气体保护下进行共沉淀反应，经分离、洗涤、干燥得到前驱体材料；将前驱体材料与锂盐混合均匀，在有氧气氛中，预烧后升温反应，得到正极材料LiNi_xCo_1‑x‑yMn_yO₂。本发明所制备的正极材料，在保证高比容量以及易加工等性能的同时、具有优异的倍率性能，半电池5C放电克比容量为1C放电比容量的85%以上。

（一）技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种高倍率三元正极材料的制备方法及其应用。

（二）背景技术

锂离子电池是一种新型的二次电池，由于自身具有比能量高、循环寿命长、放电稳定性好、环境污染小及开发潜力大等明显优势，现已成为全球能源产业发展和开发的一个重点方向。

锂离子电池正极材料主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂等。磷酸铁锂循环性能好，但能量密度低、低温性能差、批次稳定性差；锰酸锂价格低廉，但存在能量密度低、高温循环性能差等缺点；三元正极材料有较高的碾压密度、比容量、较优异的高低温性能、较低的成本，成为诸多正极材料中潜力最大最有发展前景的一种，受到人们的青睐，广泛应用于消费类产品、数码类产品、动力产品和无人机等领域。但是目前在中国市场上商业化的镍钴锰酸锂材料还存在倍率性能差的问题，难以满足人们对动力电池快速充电的需求以及动力电池在较高功率下工作。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种粒径分布集中、比表面可控的高倍率三元正极材料的制备方法及其应用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高倍率三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按摩尔比Ni：Co：Mn=x：1-x-y：y，配制镍、钴、锰盐混合溶液；配制氨水溶液和沉淀剂溶液，通惰性气体除氧；

（2）向反应釜内加氨水溶液和去离子水混合均匀，使得反应釜内初始氨水浓度为C₀mol/L，在机械搅拌下，向反应釜内加镍、钴、锰盐混合溶液和沉淀剂溶液，控制pH值为10-12.5，反应温度为40-60℃，控制反应釜内氨水浓度为Cmol/L，在惰性气体保护下进行共沉淀反应，经分离、洗涤、干燥得到前驱体材料Ni_xCo_1-x-yMn_y(OH)₂，其中，0.3＜x＜1, 0＜y＜0.7, x+y＜1；

（3）将前驱体材料与锂盐混合均匀，在有氧气氛中，以3-8℃/min的速率升温至450-550℃，预烧4-6h，然后以3-8℃/min的速率升温至700-1000℃，保温10-20h，得到正极材料LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂。

本发明采用共沉淀法制备前驱体材料Ni_xCo_1-x-yMn_y(OH)₂，再通过烧结得到三元正极材料LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂。

本发明的更优技术方案为：

步骤（1）中，镍、钴、锰盐混合溶液的浓度为1-4mol/L，沉淀剂溶液的浓度为4-10mol/L。

镍、钴、锰盐为镍钴锰的硝酸盐、硫酸盐、氯化盐、醋酸盐中的一种或多种。