[发明专利]一种高压制备片状单晶高镍镍钴锰三元材料的方法

说明书

本发明公开了一种高压制备片状单晶高镍镍钴锰三元材料的方法，高镍的镍钴锰三元通式为Li_0.9Na_0.1Ni_xCo_yMn_zO₂，其中0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0.1≤z≤0.3，其包括以下步骤：1）将锂盐、钠盐、镍盐、锰盐和草酸置于溶剂中搅拌混合；2）将混合料转移入反应釜中得到前驱体；3）将前驱体在高压高磁场下煅烧得到镍钴锰酸锂三元材料。本发明在材料溶剂热反应阶段利用了草酸和溶剂自主组装特性先形成片状单晶，焙烧后得到的NCM三元材料一致性好，并在高压高磁场下烧结，三元材料密度高，有效提高正极材料的电化学性能。本发明方法合成得到的材料纯度高，性能稳定，易于进行工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种高压制备片状单晶高镍镍钴锰三元材料的方法，属于电池领域。

背景技术

随着全球能源问题和由于大量燃烧矿物燃料所导致的环境问题的日趋严峻，发展不依赖于矿物燃料和环境友好的电动汽车已成为当前世界各国的重要发展主题。锂离子电池因其自身所具有的诸多独特优点而被看作是一种最有可能大规模应用于电动汽车的二次电池，新型锂离子电池的研究已成为相关领域的最为重要的研究课题之一。在影响锂离子电池性能的诸多组成要素中，构成电池的正极材料是影响二次电池性能及其应用的最为关键的因素。

NCM三元正极材料具有容量高、能量密度高、成本相对低廉等众多优点，被认为是当前最适合用于动力电池的正极材料，但是材料颗粒的一致性问题会影响它在动力电池领域的大规模应用。当前NCM三元正极材料多采用共沉淀法制备，是由一次颗粒团聚组成的二次颗粒，材料的一次颗粒粒径一致性较差，会出现各元素分布不均。在充放电过程中一次颗粒容易过充过放，导致材料容量衰减，电池寿命减少。

发明内容

本发明的目的在提供一种高压制备片状单晶高镍镍钴锰三元材料的方法。

具体的技术方案如下：制备高镍的镍钴锰三元通式为Li_0.9Na_0.1Ni_xCo_yMn_zO₂，其中0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0.1≤z≤0.3；

（1）将锂盐、钠盐、镍盐、锰盐和螯合剂按照一定的原子比置于溶剂中搅拌混合得到混合溶液，所述的锂盐为选自氢氧化锂、醋酸锂和草酸锂中的一种或两种以上的组合；所述的钠盐盐为硫酸钠、硝酸钠的一种或两种；所述的镍盐为选自碳酸镍、醋酸镍和硫酸镍中的一种或两种以上的组合;所述的锰盐为硫酸锰、硝酸盐的一种或两种；所述的溶剂为去离子水，丙醇或石蜡其中的一种或几种的混合溶液；加入溶剂，将混合溶液的离子浓度为2mol/L；

（2）将混合溶液转移入水热反应釜中，将反应釜置于烘箱中，烘箱温度为160℃-200℃，时间24h~48h，自然冷却至室温，过滤干燥后，得到前驱体，；

（3）将前驱体研磨后，放入模具中，在模具外施加高压，将前驱体研制成型，将模具置于加热装置中，同时施高磁场，煅烧得到片状单晶镍钴锰酸锂三元材料。

具体的，所述步骤（1）所述的螯合剂为草酸，柠檬酸或甘氨酸其中的一种或几种，金属离子与螯合剂的比例为1：5。

具体的，所述步骤（3）中所述的模具外高压的强度为200MPa~15G Pa, 施加的磁场的大小为1T~7T，烧结过程为，400-500℃，煅烧4-10h，800℃煅烧12-20h，随炉冷却至室温，得到镍钴锰酸锂三元材料。

本发明的有益效果如下：

1、本发明获得的三元材料晶体无杂相，同时原子级别混合的氧化物在高温下熔融长大为单晶，整个工艺不存在二次粒子的形成，在高压高磁场下，获得三元材料成片状，能量密度更高；

2、 工艺过程容易控制，批次稳定性可靠，焙烧后得到的NCM三元材料一致性好，有利于提高正极材料的电化学性能；