[發(fā)明專利]一種鋰離子電池三元納米單晶正極材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN108123131B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳劍;劉建男;劉穎佳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池三元納米單晶正極材料的制備方法，該方法具體為：先稱取一定比例的金屬鹽溶于醇有機溶劑中，在一定溫度下攪拌一段時間，反應(yīng)后溶液置于干燥箱中干燥，隨后將干燥后的物質(zhì)進行煅燒得到目標產(chǎn)物。該方法周期短，特別是節(jié)省了洗滌、研磨、混入鋰鹽等步驟的時間，簡單易行，易于工業(yè)化，產(chǎn)物成分可通過投料比精確控制。該方法制備的三元正極材料為納米尺度的具有單晶結(jié)構(gòu)的小顆粒，此種材料可以為鋰離子在充放電過程中提供通暢的遷移和擴散通道，從而提高鋰離子嵌入和脫出的速度，有效改善材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池三元納米單晶正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著石化資源的不斷開采和利用，不可再生能源逐漸匱乏。鋰離子電池作為一種綠色能源逐漸走入人們的視野。鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高，無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，并且已經(jīng)廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品。鈷酸鋰材料是率先得以商品化的鋰離子電池正極材料，雖然其理論比容量高(274mAh/g)，但其實際放電比容量只能達到理論比容量的一半，而三元正極材料因為結(jié)合了鎳酸鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰三者的優(yōu)勢而日益得到大家的關(guān)注。

簡化三元材料的合成方法以及提高三元材料的電化學性能一直是研究者努力的方向，本文所述的合成方法周期短、操作簡單，可通過投料比來控制產(chǎn)物的比例，易于工業(yè)化，且合成的納米顆粒具有單晶結(jié)構(gòu)，這為鋰離子在充放電過程中提供通暢的遷移和擴散通道，從而提高鋰離子嵌入和脫出的速度，有效改善材料的倍率性能。

吳伯榮(201510250241.6)通過改進水熱法，在反應(yīng)體系中添加乙二醇和表面活性劑合成了一次顆粒為單晶結(jié)構(gòu)的LiNi_aCo_bMn_cO₂三元正極材料。該方法合成的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂具有良好的倍率性能和循環(huán)性能，其在10C倍率下放電比容量高達153.6mAh/g，循環(huán)100圈之后容量保持率達80.5％，但該方法因為使用了水熱技術(shù)，很難擴大生產(chǎn)，并且制備過程繁瑣，周期長，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池三元納米單晶正極材料的制備方法。

一種鋰離子電池三元納米單晶正極材料的制備方法；所制備的三元單晶正極材料的通式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂其中0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0.1≤z≤0.3,x+y+z＝1,其制備包括以下步驟：

(1)按照三元正極材料通式中所示元素的摩爾比分別稱取鎳鹽、鈷鹽、錳鹽和過量5％的鋰鹽溶于一定量的醇溶劑中，在70～180℃下加熱攪拌5～16h，然后70～180℃干燥。

(2)將(1)得到的物料預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)，冷卻，研磨，得到三元單晶正極材料。

上述制備方法中，步驟(1)所用到的鋰鹽為LiNO₃、CH₃COOLi、LiCl的一種；鎳鹽為Ni(NO₃)₂、NiCl₂、Ni(CH₃COO)₂的一種；鈷鹽為Co(NO₃)₂、CoCl₂、Co(CH₃COO)₂的一種；錳鹽為Mn(NO₃)₂、MnCl₂、Mn(CH₃COO)₂的一種。

上述制備方法中，步驟(1)醇溶劑用量與所加金屬鹽的摩爾比為20～70:1。