[發明專利]鎳鈷錳酸鋰材料前驅體的制備方法

在審

• 申請號: 201410479929.7
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104300131A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 孫琦;李巖;孫慧英
• 申請（專利權）人: 青島乾運高科新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鎳鈷錳酸鋰材料領域，尤其是涉及一種鎳鈷錳酸鋰材料前驅體的制備方法。

背景技術

鋰離子電池正極材料是電池中最關鍵的部分，目前市場上的鋰離子蓄電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰及鎳鈷錳三元系。其中，鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰及鎳鈷錳三元系是主流材料。由于鈷資源嚴重稀缺，價格昂貴，且在過充電時存在安全隱患，因而鈷酸鋰在大容量電池中的應用受到很大制約。層狀的錳酸鋰雖然具有200mAh·g-1的比容量，但是結構穩定性很差，而尖晶石型的錳酸鋰比容量很低，而且高溫下的結構穩定性有待加強。磷酸亞鐵鋰材料振實密度低、加工性能差，限制了該材料的進一步應用。而鎳鈷錳酸鋰采用相對廉價的鎳和錳取代了鈷酸鋰中大量的鈷，因而其成本方面的優勢非常明顯。同時，它可逆容量大，結構穩定，安全性能好，具有較高的電導率和熱穩定性，和其他鋰離子電池正極材料相比，鎳鈷錳酸鋰材料和鈷酸鋰材料在電化學性能和加工性能非常接近，是最有可能取代鈷酸鋰的一種材料，具有非常大的市場前景。

目前，共沉淀法制備鎳鈷錳酸鋰的工藝過程主要是前軀體的合成，混鋰及燒結。一般先從可溶性金屬鹽中沉淀出含鎳鈷錳的氫氧化物或碳酸鹽的前軀體，把前軀體洗滌、干燥后與鋰鹽采用固相混合方式混合均勻后，在高溫下燒結制備鎳鈷錳酸鋰。普通的共沉淀法合成的前驅體球形度控制不佳，振實密度不高，使制備得到的鎳鈷錳酸鋰加工性能較差。同時，單一的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料容量較低；單一的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂材料循環性能較差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種振實密度高，球形度好，能克服現有單一的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料容量較低，單一的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂材料循環性能差的問題的鎳鈷錳酸鋰材料前驅體的制備方法。該方法可實現資源的高效利用，所得Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂-Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂固溶體材料的循環性能和倍率性能及振實密度明顯優異，加工性能明顯改善。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種鎳鈷錳酸鋰材料前驅體的制備方法，包括以下步驟：(1)將鎳、鈷和錳的硫酸鹽的混合水溶液通過計量泵以14mL/min加入到帶有超聲裝置的合成反應釜中，攪拌速度一直保持1270r/min，通保護氣，使合成環境在無氧條件下進行，同時以8mL/min的速度持續加入足夠沉淀金屬離子并使溶液的pH值調節穩定在11的堿性沉淀劑和金屬絡合劑，經過濾和超聲洗滌后，得到Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂漿料；

所述鎳、鈷和錳的硫酸鹽的混合水溶液金屬離子總濃度為2.5mol/L，其中，鎳離子、錳離子和鈷離子的摩爾比為5:3:2；

(2)將步驟(1)所得漿料加入攪拌反應釜中，控制攪拌速度為265r/min，再將鎳、鈷和錳的硫酸鹽的混合水溶液通過計量泵以12mL/min加入攪拌反應釜中，控制攪拌速度為1270r/min，通保護氣，使合成環境在無氧條件下進行，同時以8mL/min的速度持續加入足夠沉淀金屬離子并使溶液的pH值調節穩定在11的堿性沉淀劑和金屬絡合劑，得到的沉淀物依次用去離子水和有機溶劑進行洗滌后，再經真空干燥，得到鎳鈷錳酸鋰材料前驅體Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂-Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂粉末；

所述鎳、鈷和錳的硫酸鹽的混合水溶液金屬離子總濃度為2.4mol/L，其中，鎳離子、錳離子和鈷離子摩爾比為1:1:1；