[发明专利]一种高容量三元材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种高容量三元材料的制备方法及其在锂离子电池正极材料中的应用。本发明方法包括如下步骤：（1）前躯体混合原浆的制备；（2）前躯体的制备；（3）前躯体与锂源混合浆料的制备；（4）三元材料的制备；由本发明方法制备的三元材料粒度分布窄、颗粒形貌均匀，能量密度高，电化学性能优良。与现有技术相比，本发明具有不用有机溶剂、不受pH值的影响；而且操作方法简单易行，环境友好，生产成本低，产率高，电化学性能优异等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种高容量三元材料的制备方法及其在锂离子电池正极材料中的应用。

背景技术

目前在动力电池正极材料产业领域，中、日、韩、美动力电池企业采用不同的材料体系。中国企业以磷酸铁锂为主，日韩企业则以锰酸锂和三元为主，新能源汽车龙头特斯拉，采用的电池是三元正极材料。无论国内还是海外新能源汽车的发展，都会对锂电池正极材料带来巨大的需求。

Li （NixCoyMz）O₂三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰/铝酸锂三类材料的优点，存在三元协同效应。在新能源汽车要求对动力电池能量密度提升的背景下，三元材料作为高能量密度正极材料，其市场份额拓展快速。

另外，三元材料在全电池中，无论是在4.3V或4.5V下充放电循环，其结构相对稳定，而且电压越高，其锂离子脱嵌效率越高，也就是首次效率越高。但是，前期（333、523型号）三元（因钴含量高）价格高、高温稳定性差，另外与电解液的匹配比较难，主要表现为高温下与常规电解液反应。目前，为了应对市场对三元低成本、高安全的要求，三元制备中进行降钴、改善和优化工艺等条件的研究呼声越来越高。622、811等高镍三元材料相继被开发并得到应用验证。

迄今为止，所有于实验室中或用于工业上制备三元材料的方法主要包括：溶胶凝胶法、液相沉积法、喷雾干燥法等，这些方法操作过程复杂、设备要求高，并且或多或少的用到有机溶剂，这无疑都给高品质的材料制备增加了难度和成本。

发明内容

本发明目的之一就是在降低生产成本，提高生产效率的前提下，提供一种高容量三元材料的简单制备方法。本发明的另一目的是提供上述材料在锂离子电池制造领域的应用。具体方案如下：

一种高容量三元材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用机械研磨机对混合原料（各种原料量的引入以理论化学式Li （Ni_xCo_yM_z）O₂(其中x+y+z=1，M为锰或铝元素)各元素的化学计量比求得）以及添加剂进行均质研磨混合1-4小时（溶剂为去离子水，固含量在50-70%），制得均匀的前躯体混合原浆；

（2）把前躯体混合原浆进行干燥后，在有氧气氛下，于0-600℃对其进行干燥、烧结2-6小时，得到前驱体；

（3）采用机械研磨机对前躯体、锂源（锂源量的引入以理论化学式Li （Ni_xCo_yM_z）O₂中锂元素的化学计量比求得）以及添加剂进行均质混合1-2小时（溶剂为去离子水，固含量在50-70%），制得均匀的混合浆料；

（4）把混合浆料洗涤、分离后，进行干燥，在有氧气氛下，于0-900℃对其进行干燥、烧结10-18小时。

所述高容量三元材料的结构式为Li （Ni_xCo_yM_z）O₂，其中x+y+z=1，M代表锰或铝元素。

所述步骤（1）和（3）的添加剂为易溶于水、分解温度较低且仅含有C、H、O三元素的有机物。

所述添加剂为糖和聚醇等质量比的混合有机物。