[发明专利]一种三元正极材料的制备方法及包含该三元正极材料的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种三元正极材料的制备方法，主要解决现有技术中采用共沉淀工艺需对沉淀温度、反应酸碱度、搅拌强度进行繁琐控制以及采用需要三废排放的氨水的问题。该方法包括如下步骤：将海藻酸钠溶液与包含锂盐和其它金属盐的溶液混合形成混合溶液，再将所述混合溶液经干燥处理，得到三元正极材料前驱体；将所述三元正极材料前驱体经焙烧处理，得到所述三元正极材料；其中，所述三元正极材料的制备方法中不添加氨水；所述其它金属为可以与海藻酸钠配位的金属。本发明提供的方法可有效提高正极材料的制备效率、成本低、且避免了三废排放。本发明还涉及一种包含所述三元正极材料的锂离子电池，该电池具有良好的电学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种三元正极材料的制备方法及包含该三元正极材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高，自放电率小，无记忆效应和绿色环保等诸多优势，得到了包括新能源汽车、通信、军事、能源等诸多领域的广泛青睐。作为锂电池“四大关键材料”之一的正极材料，其制备工艺优化、电化学性能提升和安全性改善也成为科研人员研究的重点。例如，2010年，中国发明专利CN102074700B公开了一种层状三元材料的制备工艺，采用共沉淀的方法制备前驱体混合物，烧结后即得层状三元材料。该工艺采用一次混合完成材料制备，减少了多次混合的工序，降低了工艺成本，但制备过程中仍需使用大量的碱液，污染较重。2014年，中国发明专利CN104979546A公开了一种单晶三元正极材料的共沉淀制备工艺，单晶结构可显著抑制材料与电解液之间的副反应，改善材料的倍率性和稳定性，但其制备的花簇型前驱体颗粒BET过高，不利于烧结时的填充，产能低，且该方法通过预烧结、二次烧结和三次烧结得到最终的单晶三元正极材料，其烧结工序繁琐，生产成本高。2017年，中国发明专利CN106920934A公开了一种基于高镍材料的钴镁共掺杂改性的三元前驱体及其正极材料的制备方法，将镍钴镁混合溶液、氨水和氢氧化钠混合溶液、并流加入反应釜中，共沉淀反应后，得到前驱体粉末，进而得到镍钴镁三元正极材料。其中非电化学活性Mg²⁺具有支柱稳定作用减少Ni²⁺与Li⁺的混排，有效的提高了材料结构的稳定性和电化学性能。但该发明制备过程需要时刻调控pH，后期焙烧温度高反应时间长，操作过程较为繁琐，不利于工业化生产。

尽管共沉淀法所得的产物粒径小、粒径分布范围窄、形貌可控、可实现各原料的原子级混合，但产物对沉淀温度、溶液浓度、酸碱度、搅拌强度和烧结温度等条件要求比较高，并且由于各组分的沉淀速率等存在差异，产物的均匀性不够理想。此外，后续的废液处理步骤，也会增加生产成本。

因此，开发工艺简便、粒径均一可控、无氨水等三废排放的三元正极材料的制备方法，是该领域亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种三元正极材料的制备方法及包含该三元正极材料的锂离子电池。该方法较好的解决了现有采用共沉淀工艺中对沉淀温度、反应酸碱度、搅拌强度等条件的繁琐控制的问题，可有效提升产品制备效率，降低生产成本；且该方法无需使用氨水，避免了三废排放；此外，该方法所得材料颗粒均一可控，有利于提升材料的综合性能。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种三元正极材料的制备方法，其包括如下步骤：

将海藻酸钠溶液与包含锂盐和其它金属盐的溶液混合形成混合溶液，再将所述混合溶液经干燥处理，得到三元正极材料前驱体；

将所述三元正极材料前驱体经焙烧处理，得到所述三元正极材料；

其中，所述三元正极材料的制备方法中不添加氨水；所述其它金属为可以与海藻酸钠配位的金属。

本发明中，采用海藻酸钠、锂盐与其它金属盐制备三元正极材料，由于海藻酸钠可以与其它金属盐的金属离子配位，形成凝胶，从而形成三元正极材料前驱体，因此，本发明制备方法中无需使用氨水。