[发明专利]一种LTH结构三元正极材料前驱体制备方法

说明书

本发明公开了一种LTH结构三元正极材料前驱体制备方法，在反应釜中，采用均匀沉淀技术，合成LTH结构的高比表面积、球形、粒度分布窄的三元正极材料前驱体，该工艺可以控制前驱体的形貌、振实密度，可控制二价金属离子与三价金属离子比例，并保证三种金属元素完全混合均匀。采用该前驱体制备的三元正极材料保证了材料具有优良的物理和电化学性能，提高三元正极材料的倍率性能，利于动力电池产业化进程。本发明可控制材料的形貌、粒径，且该方法简单可控，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于新能源材料制备技术领域，特别涉及LTH结构三元正极材料前驱体制备方法。

背景技术

众所周知，2l世纪的新兴高新技术里，新能源技术首当其冲，而电池行业作为新能源技术领域里的重要组成部分，在全球科技和经济发展中占据了举足轻重的地位。目前的电池行业中，锂离子电池越来越受到消费者们的青睐。锂离子电池具有比容量高、能量密度高、充放电效率高、安全性能好和循环寿命长等优点。人们生产生活中的电子产品，小到手表、手机、笔记本电脑、照相机，大到电动自行车、电动汽车，所使用的电池都是锂离子电池或从锂离子电池演化而来，因此具有优异的市场优势和应用前景。

正极材料是锂离子电池的重要组成部分，制约电池能量密度的关键因素。目前已产业化的锂离子电池正极材料为LiCoO₂，工艺成熟，综合性能优良，但价格昂贵，毒性较大，安全性能较差，尤其过充时材料不稳定，与电解液发生反应等。

LiFePO₄和LiMn₂O₄材料作为LiCoO₂的替代材料应运而生。LiFePO₄具有优异的热稳定性和循环性能，但实际比容量低（＜150 mAh/g），工作电压低，电子电导率低，倍率性能差，限制了电池能量密度提高。LiMn₂O₄成本低，安全性好，但循环性能尤其是高温循环性能差，结构不稳定，发生姜-泰勒效应，引起容量急剧衰减。

目前，三元正极材料镍钴锰（铝）氧化物体系具有成本低、比容量高、电压平台高等优点而备受关注。用于HEV和PHEV的动力电池要兼顾功率和能量密度的需求，动力型三元材料的要求跟普通用于消费电子产品的三元材料是不一样的。满足高倍率的需求就必须提高三元材料的比表面积而增大反应活性面积，这跟普通三元材料的要求是相反的。三元材料的比表面积是由前驱体的BET所决定的，那么如何在保持前驱体球形度和一定振实密度的前提下，尽可能的提高前驱体的BET，就成了动力型三元材料要攻克的技术难题。

常规的三元正极材料前驱体的合成通常采用共沉淀法，氨水作络合剂，氢氧化钠作沉淀剂，得到纯的氢氧化物沉淀。这种类型的前驱体制得的三元材料振实密度高，但倍率性能不高。由于高温烧结产生孔洞，提高了材料的BET，碳酸盐三元前驱体也引起了人们的关注。但该材料加工性能差，振实密度不高，也非动力电池的良选。本发明的主要目的是合成层状氢氧化物LTH结构的三元正极材料前驱体[A^Ⅱ_1-x-yB^Ⅱ_xC^Ⅲ_y(OH)₂]^y+ [CO₃^2-]_y/n，同时满足OH^-提供的高振实密度和CO₃^2-提供的高比表面积需要，通过改善三元正极材料前驱体物化性能，达到提高三元正极材料的倍率性能、循环性能和热稳定性能。

发明内容

本发明目的是提供一种LTH结构三元正极材料前驱体制备方法，提高三元正极材料的倍率性能、循环性能和稳定性能，通过离子交换法，控制LTH的层间距，达到提高三元正极材料的倍率性能的目的。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：