[发明专利]掺氮镍钴锰三元材料的制备方法

权利要求书

1.掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于：按照镍、钴、锰、锂、氮离子的摩尔比x:y:z:k:m分别称取镍的化合物、钴的化合物、锰的化合物、锂的化合物和氮掺杂剂；将镍的化合物、钴的化合物和锰的化合物混合得到混合物1，加入混合物1总体积的1～50倍体积的去离子水；在连续搅拌的条件下加入氮掺杂剂，混合均匀；在连续搅拌的条件下滴加氨水至溶液的酸度落在pH 10.0～13.5范围内，加入称取的锂的化合物，通过混合设备混合均匀；在没有氧气的氮气、氩气或氦气惰性气氛下于50～90℃温度区间的任一温度陈化5～48小时，制得前驱物2；将前驱物2在低于1个大气压力的真空条件下于120～220℃区间的任一温度加热制得干燥的前驱物3或者采用喷雾干燥的方法于120～220℃区间的任一温度制备干燥的前驱物3；将干燥的前驱物3置于富氧空气或氧气氛中,采用程序升温法制得掺氮镍钴锰三元正极材料；

所述的称取镍的化合物、钴的化合物、锰的化合物和锂的化合物中两种以上化合物是可溶于水的；

所述的镍、钴、锰、锂、氮离子的摩尔比x:y:z:k:m同时满足以下关系:

x:y:z:m=(0.48～0.52):(0.18～0.20):(0.27～0.30):(0.001～0.03) ,0.95≤k≤1.05,且x + y + z + m = 1；

或x:y:z:m= (0.58～0.62):(0.18～0.20):(0.17～0.20):(0.001～0.03) ,0.95≤k≤1.05,且x + y + z + m = 1；

或x:y:z:m= (0.78～0.82):(0.08～0.10):(0.08～0.10):(0.001～0.03),0.95≤k≤1.05,且x + y + z + m = 1；

所述的三元材料同时满足以下特征:在XRD衍射图上的衍射峰均与层状α-NaFeO₂结构的特征衍射峰相吻合;材料制备的扣式半电池在0.2C倍率电流和第1充放电循环下，相对锂电极恒电流充电至4.6V比4.4V增加充电比容量的比率小于25%；样品XRD衍射图的2θ角20～25°区间没有对应JCPDS卡片27-1252的Li₂MnO₃的衍射峰。

2.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的程序升温法如下进行:将干燥的前驱物3置于富氧空气或氧气氛中，按照0.1～5℃/min的速度从室温程序加热至780～930℃温度区间的任一温度，冷却至室温，制得掺氮镍钴锰三元正极材料。

3.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的氮掺杂剂为肼、水合肼的盐酸盐、水合肼的硝酸盐、二乙烯三胺、三聚氰胺、尿素、乙腈或乙二胺。

4.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的镍的化合物为氢氧化镍、氧化镍、硝酸镍、氯化镍、碱式碳酸镍、草酸镍、乙酸镍或碳酸镍。

5.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的钴的化合物为氢氧化钴、氧化钴、硝酸钴、氯化钴、草酸钴、碱式碳酸钴、乙酸钴或碳酸钴。

6.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的锰的化合物为氢氧化锰、氧化锰、硝酸锰、碳酸锰、草酸锰、氯化锰或乙酸锰。

7.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的锂的化合物为氧化锂、硝酸锂、氯化锂、碳酸锂、乙酸锂或氢氧化锂。

8.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的富氧空气是氧气体积含量在30～99%范围的空气。

9.根据权利要求1所述的掺氮镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述的混合设备为球磨或砂磨设备。