[發(fā)明專利]鋰離子電池三元正極材料的濕法制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310079543.2
• 申請(qǐng)日: 2013-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN103151512A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟博;杜顯振;關(guān)成善;宗繼月
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東海特電子新材料有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池三元正極材料的制備，尤其涉及一種鋰離子電池三元正極材料的濕法制備工藝。

背景技術(shù)

全球資源的日益匱乏和環(huán)境的不斷惡化，與需求日益增加的能源問題之間的矛盾一直是世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，可替代二次能源的探尋和發(fā)展也是每一個(gè)國(guó)家的重要國(guó)策。相較于鎳鎘、鉛酸電池而言，鋰離子電池具有容量高、循環(huán)性能好、環(huán)境污染小等特點(diǎn)，更符合新世紀(jì)清潔能源電池的理念，因此在世界范圍內(nèi)擁有了前所未有的發(fā)展。

正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，一直制約和影響著鋰離子電池的電化學(xué)性能優(yōu)化；目前，社會(huì)中產(chǎn)業(yè)化的正極材料主要為鈷酸鋰(LiCoO₂)，然而鈷資源短缺、價(jià)格昂貴，并且具有毒性，已開始制約產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)與鈷酸鋰具有類似結(jié)構(gòu)的LiNiO₂?正極材料，雖然容量較高，但是制備困難，循環(huán)差致使產(chǎn)業(yè)化難度大；尖晶石狀的?LiMn₂O₄?正極材料，價(jià)格低，安全性能好，但是容量低，高溫性能差，使其在各種環(huán)境中的使用受到制約。為改善鈷酸鋰的安全性能，降低成本，目前企業(yè)使用較多的方法是將LiCoO₂?和?LiMn₂O₄?進(jìn)行混合，但是這種簡(jiǎn)單的物理混合的方法經(jīng)常會(huì)影響到材料的性能，例如：容量下降、壓實(shí)密度降低等。2001年，T.Ohzuku?課題組首次采用高溫固相法合成了Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂?正極材料，發(fā)現(xiàn)該材料具有與層狀?LiNiO₂?和?LiCoO₂?相似的結(jié)構(gòu)，屬六方晶系，為α-NaFeO₂?型層狀結(jié)構(gòu)；具有作為鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能，并且在以石墨為負(fù)極的全電池中和3.0-4.2V的電壓范圍條件下，該三元材料實(shí)際發(fā)揮的放電比容量達(dá)到160-170mAh/g?左右，遠(yuǎn)高于已產(chǎn)業(yè)化的?LiCoO₂(145-150mAh/g)的比容量，具有優(yōu)異的大電流放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)耐過充并且熱穩(wěn)定性好，是一種高性能鋰離子電池正極材料。

層狀Li-Ni-Co-Mn-O氧化物最早由Liu等在1999年提出可以作為鋰離子電池的正極材料。他們用Co、Mn取代LiNiO₂中的Ni，發(fā)現(xiàn)該材料的電化學(xué)性能比LiNiO₂更為優(yōu)異。Ni的存在使晶胞參數(shù)c和a增大且使c/a減小，有助于提高容量。Co能有效穩(wěn)定三元材料的層狀結(jié)構(gòu)并抑制陽離子混排，提高材料的電子導(dǎo)電性和改善循環(huán)性能，而Mn的存在能降低成本和改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。自此世界范圍內(nèi)的研究人員對(duì)NiCoMn三元材料的關(guān)注日趨擴(kuò)大。然而，目前當(dāng)前市場(chǎng)上存在的三元材料多以固相法生產(chǎn)為主，獲得材料顆粒大，易團(tuán)聚，并且具有較低的充放效率和循環(huán)壽命，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不能滿足市場(chǎng)對(duì)高性能二次電池的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)現(xiàn)有單純固相燒結(jié)技術(shù)的不足，提供一種能夠快速制備鋰離子電池三元正極材料的鋰離子電池三元正極材料的濕法制備工藝，該方法過程簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎，所得產(chǎn)品具有良好的電化學(xué)性能，并具有均一的亞微米結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種鋰離子電池三元正極材料的濕法制備工藝，其特征在于：包括以下步驟：

第一步：三元前驅(qū)體的制備：在溶有氨水底液的反應(yīng)釜中，預(yù)先通保護(hù)氣體30-60min，再按比例稱取的鎳、鈷、錳金屬鹽和絡(luò)合劑依次加入至反應(yīng)釜，并利用氫氧化鈉控制釜內(nèi)液的pH?值在8-11?之間，持續(xù)反應(yīng)15-100?小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后利用離心機(jī)分離出溶液中的沉淀物，將沉淀物于80-120℃條件下進(jìn)行烘烤，干燥后即得氫氧化鎳鈷錳前驅(qū)體；