[發明專利]一種單晶體鎳鈷錳電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410042232.3
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103746111A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 梁廣川
• 申請（專利權）人: 天津先眾科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/1391
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于能源材料技術領域，特別是涉及一種單晶體鎳鈷錳電池正極材料及其制備方法。

背景技術

目前，鎳鈷錳三元復合氧化物粉體的正極材料主要應用于鋰離子電池的正極材料，具有其他正極材料無法比擬的優勢。鈷酸鋰由于價格昂貴，安全性能差，毒性大而不適合作為動力鋰離子電池正極材料。磷酸鐵鋰具有價格低廉，安全性能好，環境友好等優點，但其單位體積能量密度低。錳酸鋰具有成本低，安全性能較好，對環境污染少的優點，但其循環性能差，單位體積能量密度低。相比較而言，鎳鈷錳三元正極材料具有理論比容量較高（可達到275mA·g^-1），實際比容量可以達到140-180mA·g^-1循環性能良好，振實密度較高，熱穩定性良好等優點，能夠克服其他材料的部分缺點。因此，鎳鈷錳三元正極材料成為鋰離子電池正極材料的首選材料之一。

工業上制備鎳鈷錳三元正極材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的方法主要有高溫固相法和液相法。高溫固相法在的優點是簡單易控，便于實現工業化操作；但其缺點是離子擴散速度慢，混料不均勻，制備的產物在組成結構和粒度分布等方面存在較大差別，導致材料的電化學性能不易控制。液相法在工業中的應用主要是共沉淀法。共沉淀方法可以使材料達到分子或原子級化學計量比混合，從而能夠以較低的生產成本制備高質量電池材料，是目前制備正極材料采用最廣泛的方法。該方法可以通過控制沉淀條件而簡便的控制產品的粒度，但是制備的大顆粒材料往往都是球形的微晶顆粒，不是單晶顆粒。由于多個顆粒結合而成的顆粒不均一，粒度分布范圍較寬，在制備成電池極片的過程中許多小顆粒還會從大顆粒表面脫落，產品的穩定性能差。特別是電池極片壓實密度較大的情況下，容易將球形的微晶顆粒壓碎，造成電池品質下降等技術問題。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種單晶體鎳鈷錳電池正極材料及其制備方法。從材料學的角度考慮，使用單晶材料是最優選擇。單晶體具有較高的機械強度，可以有效地提高極片的壓力，使極片致密化提高。同時單晶體結晶完整，克容量有所提高。為了得到單晶材料，可以使用晶種作為起始成核劑。在合成反應和煅燒反應中加入晶種，是應用于無機非金屬材料制備領域的工藝技術，采用加入晶種法制備鋰離子電池正極材料的方法應用具有技術創新性。

本發明的目的之一是提供一種具有產品純度高，穩定性能高，粒度分布范圍窄，優良的循環性能和較高的安全性能等特點的單晶體鎳鈷錳電池正極材料。

本發明單晶體鎳鈷錳電池正極材料所采取的技術方案是：

一種單晶體鎳鈷錳電池正極材料，其特點是：單晶體鎳鈷錳電池正極材料的化學式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，x的取值范圍是0.3<x<0.8，y的取值范圍是0.1<y<0.4。

本發明的目的之二是是提供一種操作簡單，顆粒大小容易控制，煅燒溫度低，節約能源，產品純度高，粒度分布范圍，性能優良窄等特點的單晶體鎳鈷錳電池正極材料的制備方法。

本發明單晶體鎳鈷錳電池正極材料及其制備方法所采取的技術方案是：

一種單晶體鎳鈷錳電池正極材料的制備方法，其特點是：單晶體鎳鈷錳電池正極材料的制備過程包括以下步驟：

1.制備晶種

將鎳鈷錳的碳酸鹽或乙酸鹽配制成濃度1-4mol/L的水溶液；在氮氣氛圍與40-80℃溫度、攪拌條件下，向金屬鹽溶液中加入濃度0.5-1.5mol/L的氨水，氨水（NH₃·H₂O）摩爾數為過渡金屬鹽摩爾數的0.2-3倍，氨水加入時間為0.5-2h；然后加入1-4mol/L的LiOH溶液，直到pH值達到9-11；靜置12-20h；沉淀物過濾后80-140℃真空干燥2-10小時；與LiOH·H₂O混合在450-550℃下煅燒4-10h，得到所需晶種；

2.制備前驅體