[发明专利]一种在低氨浓度下制备高性能锂离子电池三元正极材料的方法

说明书

本发明公开一种在低氨浓度下制备高性能锂离子电池三元正极材料的方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。该方法先取含有镍、钴、锰的盐溶于去离子水中配制混合盐溶液；向混合盐溶液中加入络合剂，并加入酸，得到混合溶液；将混合溶液和NaOH溶液分别持续泵入装有底液氨水的连续共沉淀反应釜中，使反应过程中反应釜的总氨浓度与底液氨水中的浓度相同，持续反应获得前驱体材料；将前驱体材料与LiOH·H₂O研磨混合，经过烧结得到锂化三元材料。本发明制备的NCM622材料形貌良好、晶体结构完整、元素分布均匀，且该材料具有高放电容量、良好循环稳定性和倍率性能，且与石墨和Si/C负极匹配的全电池也具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种在低氨浓度下制备高性能锂离子电池三元正极材料的方法。

背景技术

当前，由于锂离子电池的能量密度高和循环寿命长等优势，它已经成为便携式电子设备和电动交通工具使用的最有前景的能源设备。在锂离子电池所用的众多正极材料中，三元材料(LiNi_xCo_yMn_zO₂,x+y+z＝1)由于其高的可逆容量、良好的安全性和相对低的成本而受到广泛的关注。其最常用且最优异的制备方法为利用氢氧化物共沉淀-控制结晶法合成前驱体材料，后通过锂化焙烧获得成品材料。

氢氧化物共沉淀-控制结晶法通常以NaOH为沉淀剂，NH₃的水溶液为络合剂，通过蠕动泵控制进料速度而连续进料，并控制一定的反应温度、搅拌速度、溶液总氨浓度和适宜的pH值，Ni_xCo_yMn_z(OH)₂不断成核并发生团聚，随着反应时间的增加而生长至10～20μm的二次球前驱体。其存在的反应机理为盐溶液在滴入反应釜后，在搅拌扩散过程中过渡金属离子完成成核反应生成大量Me(OH)₂小晶核，在生长阶段OH^-的沉淀作用和NH₃的络合作用存在一种竞争关系，沉淀作用过强时前驱体材料无法生长，粒径尺寸小，振实密度低。而NH₃的络合作用能使具有不同沉淀能力的镍钴锰三种元素能够均匀的沉淀，且其减缓成核速率，使前驱体材料缓慢有序的生长长大，有利于获得元素分布均匀、粒径均一且振实密度高的前驱体材料。