[發(fā)明專利]一種高倍率三元正極材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710350301.0
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN107204423B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙洪東;張會(huì)斌;牛龍偉;王瑛;趙成龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京君慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王寬

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別公開了一種高倍率三元正極材料的制備方法及其應(yīng)用。該高倍率三元正極材料的制備方法，其特征為：配制鎳、鈷、錳鹽混合溶液、氨水溶液和沉淀劑溶液；向反應(yīng)釜內(nèi)加氨水溶液和去離子水混合均勻，向反應(yīng)釜內(nèi)加鎳、鈷、錳鹽混合溶液和沉淀劑溶液，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，經(jīng)分離、洗滌、干燥得到前驅(qū)體材料；將前驅(qū)體材料與鋰鹽混合均勻，在有氧氣氛中，預(yù)燒后升溫反應(yīng)，得到正極材料LiNi_xCo_1?x?yMn_yO₂。本發(fā)明所制備的正極材料，在保證高比容量以及易加工等性能的同時(shí)、具有優(yōu)異的倍率性能，半電池5C放電克比容量為1C放電比容量的85%以上。

（一）技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高倍率三元正極材料的制備方法及其應(yīng)用。

（二）背景技術(shù)

鋰離子電池是一種新型的二次電池，由于自身具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、放電穩(wěn)定性好、環(huán)境污染小及開發(fā)潛力大等明顯優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為全球能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和開發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)方向。

鋰離子電池正極材料主要包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等。磷酸鐵鋰循環(huán)性能好，但能量密度低、低溫性能差、批次穩(wěn)定性差；錳酸鋰價(jià)格低廉，但存在能量密度低、高溫循環(huán)性能差等缺點(diǎn)；三元正極材料有較高的碾壓密度、比容量、較優(yōu)異的高低溫性能、較低的成本，成為諸多正極材料中潛力最大最有發(fā)展前景的一種，受到人們的青睞，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類產(chǎn)品、數(shù)碼類產(chǎn)品、動(dòng)力產(chǎn)品和無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域。但是目前在中國(guó)市場(chǎng)上商業(yè)化的鎳鈷錳酸鋰材料還存在倍率性能差的問題，難以滿足人們對(duì)動(dòng)力電池快速充電的需求以及動(dòng)力電池在較高功率下工作。

（三）發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種粒徑分布集中、比表面可控的高倍率三元正極材料的制備方法及其應(yīng)用。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種高倍率三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）按摩爾比Ni：Co：Mn=x：1-x-y：y，配制鎳、鈷、錳鹽混合溶液；配制氨水溶液和沉淀劑溶液，通惰性氣體除氧；

（2）向反應(yīng)釜內(nèi)加氨水溶液和去離子水混合均勻，使得反應(yīng)釜內(nèi)初始氨水濃度為C₀mol/L，在機(jī)械攪拌下，向反應(yīng)釜內(nèi)加鎳、鈷、錳鹽混合溶液和沉淀劑溶液，控制pH值為10-12.5，反應(yīng)溫度為40-60℃，控制反應(yīng)釜內(nèi)氨水濃度為Cmol/L，在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，經(jīng)分離、洗滌、干燥得到前驅(qū)體材料Ni_xCo_1-x-yMn_y(OH)₂，其中，0.3＜x＜1, 0＜y＜0.7, x+y＜1；

（3）將前驅(qū)體材料與鋰鹽混合均勻，在有氧氣氛中，以3-8℃/min的速率升溫至450-550℃，預(yù)燒4-6h，然后以3-8℃/min的速率升溫至700-1000℃，保溫10-20h，得到正極材料LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂。

本發(fā)明采用共沉淀法制備前驅(qū)體材料Ni_xCo_1-x-yMn_y(OH)₂，再通過燒結(jié)得到三元正極材料LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂。

本發(fā)明的更優(yōu)技術(shù)方案為：

步驟（1）中，鎳、鈷、錳鹽混合溶液的濃度為1-4mol/L，沉淀劑溶液的濃度為4-10mol/L。

鎳、鈷、錳鹽為鎳鈷錳的硝酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽、醋酸鹽中的一種或多種。