[發明專利]一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410719227.1
• 申請日: 2014-11-29
• 公開（公告）號: CN104362335A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 冀明
• 申請（專利權）人: 冀明
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 牟海峰

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，尤其是涉及一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，屬于能源材料技術領域。

背景技術

鋰離子電池具有高能量、長壽命、無記憶效應和低污染等優點，被廣泛應用于手機、計算機、電動自行車、電動汽車、國防等多種領域。目前，鋰離子電池采用的正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰等，隨著應用在電動汽車中動力電池的發展，由于磷酸鐵鋰和錳酸鋰的能量密度偏低，不能滿足其要求。而鎳鈷錳酸鋰具有比容量高、熱穩定性好和價格低廉等優點，是鋰離子電池正極材料中最具潛力的一種，在電動車、電動工具等動力領域具有很好的應用前景。

目前，制備鎳鈷錳酸鋰(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)的常用方法有高溫固相法和共沉淀-高溫固相法。高溫固相法是將鎳源、鈷源、錳源、鋰源球磨均勻，再進行高溫煅燒。該方法的缺點是難以將鎳鈷錳三種元素混合均勻，因此就不能充分發揮三者的協同作用，而且制備的材料的形貌很難控制，通常合成的粉體材料由無規則的顆粒組成，這種材料的堆積密度低，流動性差，不利于正極材料的制作。另一種方法是共沉淀-高溫固相法，即先通過共沉淀法制備出鎳鈷錳氫氧化物前驅體，再加入鋰源燒結，得到鎳鈷錳酸鋰，該方法在加入鋰源后的燒結過程中，基本不改變前驅體的形貌和粒度。而鎳鈷錳酸鋰材料的形貌、粒度在鋰離子電池的諸多性能中起著關鍵的作用，合成出具有適宜形貌和粒度的鎳鈷錳酸鋰前驅體成為影響鎳鈷錳酸鋰性能的關鍵，因此研究者對鎳錳鈷酸鋰前驅體的制備方法開始了深入的研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，該方法制備了一種具有有序介孔結構的、電化學性能優異的鎳鈷錳酸鋰正極材料。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鋰、鎳、鈷、錳可溶性鹽按一定的摩爾比溶解于水-有機溶劑中形成金屬溶液，所述水-有機溶劑的混合物中，水占混合物的質量比為10-40wt％；

(2)配制氨水、碳酸氫銨和聚乙二醇的混合水溶液，配置后的混合水溶液中氨水的濃度為0.5-1.5mol/L，碳酸氫銨的濃度為3-5mol/L，聚乙二醇的濃度為0.1-0.3mol/L；

(3)將步驟(1)配制的金屬溶液中加入二氧化硅分子篩攪拌均勻，得到混合溶液A，然后在機械攪拌條件下將步驟(2)配制的混合水溶液滴加入混合溶液A中，機械攪拌10-20h，得到碳酸鎳鈷錳鋰-二氧化硅分子篩前驅體沉淀；

(4)將步驟(3)所得碳酸鎳鈷錳鋰-二氧化硅分子篩前驅體沉淀洗滌干燥后，在氧氣氣氛下700-900℃煅燒8-15h，得到鎳鈷錳酸鋰-二氧化硅分子篩材料；

(5)將步驟(4)中所得的鎳鈷錳酸鋰-二氧化硅分子篩材料用氫氧化鈉溶液攪拌洗滌，除去二氧化硅分子篩，經水洗干燥，獲得所述的鎳鈷錳酸鋰正極材料。

進一步，所述金屬溶液中鋰、鎳、鈷、錳的摩爾比為1.02-1.08：1/3：1/3：1/3，鋰、鎳、鈷、錳離子的摩爾總濃度為3-4mol/L。

進一步，所述鋰鹽為一水氫氧化鋰、無水氫氧化鋰、硝酸鋰中的一種或幾種。

進一步，所述鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳中的一種或幾種。

進一步，所述鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷中的一種或幾種。

進一步，所述錳鹽為硫酸錳、硝酸錳、氯化錳中的一種或幾種。

進一步，所述水-有機溶劑中的有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、丙酮中的一種或幾種。

進一步，所述二氧化硅分子篩為KIT-6、SBA-15、CCM-41或MCM-4中的一種。

進一步，所述氫氧化鈉溶液的質量分數為1-5％。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1)以具有有序介孔結構的二氧化硅分子篩為模板，用硬模板法制備具有有序介孔結構的鎳鈷錳酸鋰材料；

2)在步驟(2)中，直接加入可溶性鋰鹽與鎳、鈷、錳的可溶性鹽形成金屬溶液，而不是在制備氫氧化鎳鈷錳之后再與鋰混合，可以實現鋰與鎳鈷錳的均勻分布，有利于減少制備步驟，同時，以小分子有機物作為溶劑，能降低金屬離子在沉淀過程中的團聚現象；

3)氨水和碳酸氫銨作為金屬離子的絡合劑和沉淀劑，堿液中各成分不溶于有機溶劑，能降低堿液與金屬離子的接觸速率，聚乙二醇作為分散劑，阻止了沉淀顆粒的團聚現象，有利于合成顆粒小、均勻的納米沉淀；