[发明专利]通过软模板的结构调控制备优良电化学性能的三元正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种通过软模板的结构调控制备优良电化学性能的三元正极材料的方法。(1)将镍钴锰源和碳酸盐、表面活性剂溶于蒸馏水中，充分溶解，两溶液混合后转移至反应釜中，并将反应釜置于烘箱中，反应得到三元前驱体。(2)按照摩尔比称取步骤(1)所得到的Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3CO₃前驱体、称取锂源,将两者置于研钵中充分研磨，所得到的混合样品在马弗炉空气气氛下进行分步烧结，自然冷却至室温，即得到形貌结构改善的正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂。本发明工艺简单，成本低廉，制备出了以表面活性剂软模板限制作用改善的倍率和循环性能等电化学性能良好的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体是一种通过软模板的结构调控制备优良电化学性能的三元正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池的主要部件有正极、负极、电解液、隔膜等。锂离子电池能量的存储和释放是以电极材料的氧化还原反应形式实现的，正极活性物质是锂离子电池最为关键的核心材料。当前，受新能源汽车行业对高能量密度材料需求急剧增大的驱动，三元正极材料已经成为锂电行业的研究热点和主流品种。

三元正极材料为微米级的颗粒物质，初级小颗粒容易团聚，形成密实形貌的次级颗粒。研究表明，粒径小的材料比表面积较大，使材料与电解液的接触面积增大，疏松多孔的形貌有利于电解液的浸润，同时锂离子电池扩散路径变短，有利于大电流密度下锂离子在材料表面的嵌脱。因此，小粒径、疏松多孔材料的倍率性能较好，而要得到此类形貌的三元正极材料，需要用具有相似形貌的前驱体煅烧。前驱体对三元材料的生产至关重要，前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)直接决定了最后烧结产物的理化指标。

表面活性剂可以改变晶体颗粒初级和次级(二级)的晶体结构生长方向和微观结构。水热和晶化过程中，表面活性剂被有效吸附在材料颗粒表面，表面活性剂的反应基团与前躯体颗粒表面基团形成新的化学键作用，实现了对颗粒表面的改性和修饰，发挥了软模板的限制作用，阻止了材料颗粒的进一步长大和团聚，提高了粒子生长的均匀性。纳米尺寸且分布均匀的形貌有利于Li⁺在材料中的传输，提高材料的电化学性能。

本发明通过表面活性剂软模板的限制作用，在水热合成条件下制备出了Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3CO₃前驱体材料。在此基础上，结合高温固相烧结法，成功制备得LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料，并对其电化学性能进行了研究。

发明内容

本发明的目的是，利用表面活性剂软模板的限制作用，改善镍钴锰酸锂材料的形貌和结构，提高材料的振实密度和能量密度，增加电解液的浸润，减少锂离子扩散路径，加快锂离子的扩散速率，从而制备出良好循环性能和倍率性能的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂三元正极材料。

具体步骤为：