[发明专利]一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法

说明书

本发明属于电化学能量存储材料技术领域，具体涉及一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法。包括如下步骤：将LiNO₃、Ni(NO₃)₂·6H2O、Co(NO₃)₂·6H₂O、Mn(NO₃)₂·4H₂O溶于去离子水中，搅拌溶解得到溶液A；称取适量的柠檬酸、乙二醇溶于适量的无水乙醇中搅拌溶解得到溶液B；在磁力搅拌下，将A加入到B中形成均匀的溶液C；向溶液C中加入适量的聚乙二醇‑600，搅拌至形成溶液D；将溶液D放入烘箱中加热至形成凝胶状，将其移至马弗炉中煅烧，经研磨过筛后再煅烧一段时间，即得到NCM622。该材料不仅同时具有高比容量和高库伦效率的材料，且制备简单。

技术领域

本发明属于电化学能量存储材料技术领域，具体涉及一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法。

背景技术

近年来，锂离子电池以其高能量密度、低污染、无记忆等特点被广泛应用于现代便携式电子设备中，成为二次电池中最具竞争力和发展潜力的一种，在混合动力车和纯动力车方面有着广阔的市场。与负极材料相比，正极材料是决定锂离子电池电化学性能的关键材料之一。目前商用的正极材料主要是LiCoO₂，但其成本高、毒性大、钴资源稀少，不适合大功率电池的要求且LiCoO₂对环境有一定的污染。

三元正极材料镍钴锰酸锂NCM622材料因其比LiCoO₂具有更高的充放电容量、优异的循环性能和稳定的结构而被广泛研究，且为三元材料中Li⁺传递速率最快的组成，被认为是一种很有前途的替代LiCoO₂的正极材料。因具有高容量的优势，适用温度范围广，低成本的优势，已成为最具潜力的正极材料之一。三元材料NCM622即LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)]综合了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄三种材料的优点，Co能有效减少锂层与过渡金属层的阳离子混合，稳定化合物层状结构，从而使锂离子的脱嵌更容易，且能提高材料的导电性和改善其充放电性能；引入Mn能降低材料成本，提高材料的安全性和稳定性。引入Ni可提高材料的容量；但是众所周知三元材料中Ni的含量越高，其可逆容量越高，但同时也会导致材料对水分更加敏感。

目前较为成熟的三元材料的制备方法主要有：固相法、共沉淀法、喷雾干燥法、溶胶凝胶法等。其中固相法是通过简单的机械混合，其工艺相对简单，具有工业化生产的优势，但难以控制产物颗粒尺寸及均匀度、晶粒形态和性质，并且固相法所制备的材料多为微米级，很难制备出粒径均一，电化学性能稳定的三元材料；共沉淀法在制备粉体的过程中从共沉淀、晶粒长大到沉淀的漂洗、干燥、煅烧的每一个阶段均可能导致颗粒长大及团聚体的形成，并且原料的浓度、滴加速度、搅拌速度、pH值、反应温度等都对所制备的材料具有较大影响；喷雾干燥法是一种较容易获得具有原子级均匀混合和球状形貌的前驱体合成方法，其工艺简单，较易控制产物化学计量比，但该工艺所需的设备较复杂、能耗高、占地面积大，导致生产成本高，使得生产受到限制；溶胶凝胶法能有效地排除不同金属离子之间的差异，可在短时间内实现反应物在分子水平上均匀混合，溶胶凝胶法有利于制备尺度分布均匀的亚微米级和纳米级材料，制备方法简单、生产成本低。三元材料的一般合成方法通常涉及通过共沉淀法首先获得混合氢氧化物前驱体(NixMnyCoz)(OH)₂，然后与锂化合物进行煅烧，原料混合均匀方面存在着不可控性。

发明内容