[發明專利]鎳鈷錳多元鋰離子電池正極材料前驅體的制備方法

無效

• 申請號: 201210525623.1
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103178257A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 吳平;周再興;王偉東;李輝
• 申請（專利權）人: 深圳市天驕科技開發有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 莫偉智

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料制造技術領域，尤其涉及鋰離子電池鎳鈷錳三元材料前驅體的制備方法。

背景技術

自2001年Ohzuku等首次制備出LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂以來，該材料就以高比容量、循環性能穩定、成本相對較低、安全性能良好等特點而受到研究者的廣泛關注。在LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂中鎳、鈷、錳屬于同周期相鄰元素，可以通過調節Ni、Co、Mn摩爾比組成，可以達到不同材料性能，近幾年開發出了不同組分的鎳鈷錳多元正極材料，其通式可寫為：LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂。在鋰離子脫嵌過程中，其結構變化比LiMn₂O₄、LiNO₃、LiCoO₂相比小得多。該材料被認為是能取代LiCoO₂的最好的正極材料之一，也被認為是用于純電動電源（EV）和混合型動力電源（HEV）理想選擇。

目前LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂的通常制備方法有固相混合高溫燒結法、溶膠-凝膠法、噴霧干燥法、共沉淀法等。高溫固相混合燒結法是將LiOH.HO₂或Li₂CO₃與Co₃O₄、NiO和MnO₂混合均勻后通過高溫固相反應燒結而成，這類方法的缺點是：粉體材料需要長時間的研磨混合，且混合均勻程度有限，高溫固相反應中由于原料混合的不均勻直接影響到正極材料中鎳鈷錳的分布，因此，產品在組成、結構及粒度分布方面存在較大差別，材料電化學性能重現性不好。溶膠-凝膠法、噴霧干燥法均存在流程復雜、成本高、制造出的材料形貌不佳等缺點。氫氧化物共沉淀法是目前實現工業化生產鎳鈷錳多元材料最常用的方法，它能使鎳、鈷、錳達到原子水平上均勻混合，合成的材料球形度好，振實密度高，粒度分布均勻、可控等優點。但共沉淀反應時添加大量的氨水絡合劑，會造成對環境的污染比較嚴重，污水處理氨氮時工程復雜，并且投入成本較高。近期國家提出的“十二五”節能減排規劃，對氨氮排放量進行了嚴格的要求，今后各地環保部門會對氨氮排放要求越來越嚴。

鑒于以上缺點，并響應國家“十二五”節能減排規劃要求，本發明提供了一種不加氨水等絡合劑，降低工藝成本、減少環境污染的共沉淀反應制備鎳鈷錳多元正極材料用的前驅體的方法，運用該發明，可得到產品球形度較好，顆粒粒度更均一，粒度分布更窄，振實能達到1.6g/cm³以上的鎳鈷錳多元正極材料前驅體，前驅體經過鋰化混合、燒結、氣粉處理后，所得正極材料同樣能達到同等材料的電化學性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中共沉淀法制備鋰離子電池正極材料時需添加氨水易致環境污染的缺點，而提供一種不需添加氨水等絡合劑來制備鎳鈷錳多元鋰離子電池正極材料前驅體材料的方法，所得前驅體材料顆粒球形度好，顆粒粒度均一、分布窄，平均粒徑在左右。

為達到上述發明目的，本發明采取的技術方案如下：

一種鎳鈷錳多元鋰離子電池正極材料前驅體的制備方法，包括以下步驟：

（1）用去離子水將鎳、鈷、錳鹽溶解，配置成總金屬離子摩爾濃度為0.8-2.5mol/L的多元金屬鹽溶液，該多元金屬鹽溶液中鎳、鈷、錳元素的摩爾比為（0-1）:（0-1）:（0-1）；

（2）用去離子水將堿配制成2-4mol/L的堿溶液；

（3）將所述多元金屬鹽溶液及堿溶液加入反應器中反應，控制反應溫度在40℃-70℃，反應攪拌速度為100-600轉/min，控制鹽、堿溶液的加入速度，使反應體系PH值控制在8-11；

（4）反應完畢后繼續攪拌30min-2h，靜置2-4h，過濾，得固形物，用去離子水洗滌至Na⁺含量在0.03%以下，然后在90℃-150℃的溫度下干燥，即得到所需的鎳鈷錳多元鋰離子電池正極材料前驅體。

所述的鎳、鈷、錳鹽選用鎳、鈷、錳的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化鹽中的一種或多種，堿為氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀中的一種或多種。