[發明專利]一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710168183.1
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106784748B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 呂敬雙;甘逢九
• 申請（專利權）人: 寶汽宏泰新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙)11357
• 代理人: 魏忠暉

1.一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）將鈷鹽與錳鹽加入去離子水中，攪拌均勻，形成溶液，加入濃度為1.0mol/L氫氧化鈉溶液，超聲振蕩1h，得到Co_yMn_1-x-y(OH)₂分散液，其中鈷、錳、去離子水與氫氧化鈉的摩爾比為y:(1-x-y):5-14:1；所述x 和y 的摩爾比滿足：0.1≤x≤0.5；0.05≤y≤0.7；0.5≤x+y ≤0.9；

（2）再配置x摩爾分數的鎳鹽溶液，鎳與去離子水的比例為x:8-15，將鎳鹽溶液和步驟（1）得到的Co_yMn_1-x-y(OH)₂分散液混合，生成均勻的Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂前驅體；

（3）加熱石墨烯與有機硅的混合液至80-120℃，將步驟（2）得到的Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂前驅體加入混合液中，超聲攪拌均勻，得到石墨烯、有機硅、Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂混合溶膠，將混合溶膠加入鋰鹽化合物溶液中，鋰離子向溶膠中擴散，得到復合物；

（4）將氣流式噴霧干燥器腔室溫度升溫至450-750℃，將步驟（3）得到的復合物從氣流式噴霧干燥器的加料口加入，對復合物進行噴霧干燥，設置氣流速度為4-6m/s，在快速干燥的過程中，Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂和有機硅原位分解成氧化物，同時由于較小的尺寸，氧化物快速反應，硅原子替代了部分鎳形成硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極粉末；

（5）將步驟(4)得到的硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極粉末收集后，采用保護氣氛高溫煅燒工藝，對粉末進行煅燒均勻化處理，獲得硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料。

2.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述鈷鹽為硫酸鈷、醋酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷；所述錳鹽為硫酸錳、醋酸錳、氯化錳或硝酸錳。

3.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）所述鎳鹽為硫酸鎳、醋酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳。

4.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述的鋰鹽化合物溶液為濃度為0.3-1mol/L的草酸鋰、醋酸鋰、磷酸鋰、氯化鋰或硝酸鋰溶液中的一種。

5.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（3）所述石墨烯和有機硅的摩爾比為1:5-10，其中有機硅為甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、正硅酸乙酯中的一種。

6.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：所述超聲攪拌的速度為60-200rpm，時間為1-2h。

7.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（4）所述氣流式噴霧干燥器的加料速度為100-200克/分鐘，物料緩慢進入腔室中，保證樣品表面石墨烯包裹均勻。

8.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（5）所述煅燒工藝為在230-300℃下預煅燒0.5-2h，然后升高溫度為700-760℃，升溫速度為10-30℃/h，煅燒時間為1-2h。

9.根據權利要求1所述一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料的制備方法，其特征在于：步驟（5）所述保護氣氛為氮氣、氬氣或氦氣，純度99.0%-99.99%。

10.一種硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料，其特征在于，所述硅基鎳鈷錳鋰三元鋰電池電極材料由權利要求1-8任一項所述的制備方法制成。