[发明专利]直接沉淀制备掺杂二价阳离子的镍钴锰三元材料的方法

说明书

本发明涉及直接沉淀制备掺杂二价阳离子的镍钴锰三元材料的方法。按照镍、钴、锰、锂、掺杂二价M离子x+y+z+m=1x：y：z：m的摩尔比=0.47～0.52：0.10～0.20：0.25～0.35：0.01～0.10；或0.57～0.62：0.10～0.19：0.15～0.25：0.01～0.10；或0.77～0.82：0.05～0.10：0.05～0.13：0.01～0.10，且0.95≤k≤1.10的比例及湿磨介质混合，加入氨水和锂的化合物，经过陈化、干燥烧结等步骤，制得掺杂二价阳离子的三元材料。

技术领域

本发明属于电池电极材料制备的技术领域，涉及一种可用于锂电池、锂离子电池、聚合物电池和超级电容器直接沉淀制备掺杂二价阳离子的镍钴锰三元材料的制备方法。

技术背景

随着化石能源的日益枯竭，能源问题日益成为关注的热点。寻找储能新材料成为研究的热点之一。新储能体系的锂离子电池应该具有电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点，可广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等数码产品和电动车、混合电动车等动力工具。

锂离子电池包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液和集流体等。其中，正极材料很大程度决定了电池的性能。已经成功商业化的正极材料有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。不过，上述材料还存在不少缺点，寻找性价比更高的正极材料成为研究热点。1997年，Ohzuku等[Ohzuku T.et al.，Chem.Lett.，1997，68：642.]率先研究了LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂型三元材料的性能。研究表明，这种材料融合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄的特点，具有可逆容量高、成本低、毒性低等优点。镍钴锰三元材料可表示为：LiNi_xCo_yMn_zO₂(其中，x+y+z＝1)。根据化学式中镍、钴、锰元素摩尔比的不同，可将三元材料分为不同类型。如，镍、钴、锰的摩尔比(x∶y∶z)为3∶3∶3的三元材料，简称333型；镍、钴、锰的摩尔比为5∶2∶3的三元材料称为523型；镍、钴、锰的摩尔比为8∶1∶1的三元材料称为811型，还有类似的其它类型等。333型、523型、622型和811型三元材料均具有α-NaFeO₂型层状结构。在三元材料中，镍、钴、锰元素的化合价分别是+2价、+3价和+4价。Ni为主要活性元素。从理论上来看，镍的相对含量越高，三元材料的放电容量越高。

Koymaya等[Koymaya Y.，et al.，J.Power Sources，2003，119(2)：644-648.]研究认为，Li_1-xNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的充电过程以LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂为例是：随Li离子的脱出，有不同的电子对发生反应。当0＜x＜1/3时，发生Ni²⁺/Ni³⁺的转变；当1/3＜x＜2/3时，发生Ni³⁺/Ni⁴⁺的转变；当2/3＜x＜1时，发生Co³⁺/Co⁴⁺的转变。

当0＜x＜1/3时

当1/3＜x＜2/3时

当2/3＜x＜1时: