[发明专利]一种乙醇为体系的改进溶胶-凝胶法制备三元正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种乙醇为体系的改进溶胶‑凝胶法用于制备三元正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。以镍的金属盐、钴的金属盐、锰的金属盐和锂的金属盐为原料，采用柠檬酸作为络合剂，在乙醇中形成稳定的溶胶‑凝胶体系，然后经过高温处理合成出三元正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。与传统的溶胶‑凝胶法相比，本发明利用柠檬酸作为络合剂，乙醇作为反应体系，无需使用氨水调节PH值，极大地简化了实验流程、降低了实验难度及污染性。当镍、钴、锰的比例为6:2:2时，所制备的三元正极材料表现出优良的形貌以及比容量。

技术领域

本发明涉及一种乙醇为体系的改进溶胶-凝胶法制备三元正极材料的方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

自1990年SONY公司成功研发出锂离子电池并将其商业化开始，这一新兴的电化学储能设备便以其高能量密度、长寿命、安全性好及无污染的特性在新能源领域引起了具大的反响。经过几十年的发展，锂离子电池已经在3C市场(手机、电脑、相机、无人机等)得到广泛应用。在动力市场领域(电动汽车、航空航天等)同样显示出巨大的研究价值，据统计，2019年我国新能源汽车保有量已达381万辆，同比增长46.05％。

锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜组成，其中正极材料占据了绝大部分，同时在电池成本中所占比例高达40％，决定了锂离子电池的整体性能与制备成本。因此，开发出高性能、低成本的正极材料一直是科研人员的研究重点。经过三十多年的发展，锂离子电池正极材料的家族不断壮大，发展出例如尖晶石结构的LiMn₂O₄、橄榄石结构LiMPO₄(M＝Fe,Ni,Mn,Co)、层状结构的LiMO₂(M＝Ni、Co、Mn)。其中层状结构的三元正极材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂以其高比容量、循环稳定性好、安全性高、成本低的特点成为目前锂离子电池领域的研究热点，被认为是未来锂离子电池正极材料的主力军。

然而，有关三元正极材料的制备技术仍然不够完善。固相反应法制备出的三元材料结构不够稳定，且能耗高、费时长；喷雾热解法虽然合成出的材料具有较好的性能，但对设备条件要求严格、成本较高；共沉淀法是工业化生产使用较为普遍的方法，但对实验条件要求苛刻，需精确调控溶液PH值、搅拌速率等，成本高且对环境有一定的污染性；溶胶凝胶法与共沉淀法类似，但其对实验条件要求不高，不仅更加简单高效，并且制备出的三元材料具有结构均匀、尺寸小、纯度高的特点，有望成为另一工业化生产的方法。

但传统的溶胶凝胶法需要使用氨水调节PH值，氨水的用量决定了能否形成稳定的溶胶-凝胶体系。这是由于溶胶一般存在一个凝胶点，当达到某一PH值后胶体的粘度会急剧增加从而形成凝胶，然而这一过程是不可逆的，PH值的偏差很可能导致溶胶直接转变成沉淀而非凝胶，这很大程度的增加了实验难度。另外，氨水有毒，对人的眼睛、皮肤具有一定的腐蚀性、刺激性，具有一定的污染性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于:提供一种无需氨水调节PH值的改进的溶胶-凝胶法用于制备三元正极材料，以简化传统溶胶凝胶法的实验流程、降低实验难度及污染性。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种乙醇为体系的改进溶胶-凝胶法制备三元正极材料的方法，包含以下具体步骤：

(1)将镍的金属盐、钴的金属盐、锰的金属盐、锂的金属盐与无水乙醇混合配成溶液A，将溶液A超声后置于磁力搅拌器上搅拌；

(2)取柠檬酸加入无水乙醇中，配成溶液B，将溶液B逐滴加入溶液A中形成混合液C，继续搅拌一段时间；