[發明專利]一種鎢包覆鋰錳鋁鈷正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710370739.5
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107170973A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州思創源博電子科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種鎢包覆鋰錳鋁鈷正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型可再生綠色能源，憑借其高比能量、高電壓、循環壽命長、綠色無污染等優點，已在小型電子設備(移動手機、筆記本電腦等)中得到了廣泛的應用，并逐漸成為電動汽車最主要的候選動力電源之一；另外，在國防軍事領域，也涵蓋了陸、海、空、天等諸多兵種的裝備。隨著科技的進步，我們對鋰離子電池提出了更高的要求，尋求高性能的鋰離子電池具有十分重要的現實意義。其中，正極材料的性能成為限制鋰離子電池性能進一步提升的關鍵因素，尋求高性能的鋰離子電池正極材料十分重要。

最近幾年中，鋰離子正極材料中的三元鋰離子正極材料發展十分迅猛，由于鎳鈷錳的協同效應，鎳鈷錳三元鋰離子電池正極材料綜合了LiNiO₂、LiCoO₂、LiMnO₂三種層狀結構材料的優點，其電化學性能優于以上LiNiO₂、LiCoO₂、LiMnO₂中任何單一組分正極材料，具有高比容量、成本較低安全性能較好等特點，被認為是較好的取代LiCoO₂的正極材料。然而該類富鋰正極材料也存在初期比容量下降迅速和倍率性能差的問題。

目前鋰離子電池三元正極材料的合成方法主要有高溫固相合成法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、Pechini法等。其中共沉淀法、溶膠一凝膠法、Pechini法等軟化學法工藝復雜，不易實現產業化。因此 常規合成方法主要采用高溫固相合成法。高溫固相合成法操作及工藝路線設計簡單，工藝參數易于控制，制備的材料性能穩定，易于實現工業化大規模生產。但常規的高溫固相合成法制備三元正極材料時，需要大量的惰性保護氣體，惰性氣體成本較高。

鋰錳鋁鈷的離子和電子導電性差。表面包覆是目前改善鋰離子電池正極材料不足的有效方法之一，包覆層不僅能有效抑制電解液和正極材料間的副反應，還可以抑制材料中過渡金屬的溶解等，增強材料的循環穩定性以及高倍率下的循環性能等，有效改善材料的電化學性能。

發明內容

本發明提供一種鎢包覆鋰錳鋁鈷正極材料的制備方法，所述方法簡單易操作，成本低，耗時短，在正極材料表面形成一層均勻分布的快離子導體包覆層，利用快離子導體的特性和包覆層的作用，有效改善了正極材料的循環和倍率性能。

為了實現上述目的，本發明提供一種鎢包覆鋰錳鋁鈷正極材料的制備方法，該鋰錳鋁鈷正極材料的化學式為LiMn_1-x-y-zAl_xCo_yNi_zO₂，其中x=0.15-0.25，y=0.1-0.15，z=0.05-0.1，該方法包括如下步驟：

（1）制備鎳摻雜鋰錳鋁鈷

按Li：Mn∶Al∶Co：Ni＝1：1-x-y-z∶x∶y：z的摩爾比，將草酸鋰、氧化錳、草酸鋁、氧化鈷和氧化鎳混合球磨成粉，得到前驅體粉；

對前驅體粉在還原性氣氛下施以等離子電弧，使反應粉料熔融，等離子電弧電壓30-50kV，等離子電弧電流600-800A；

將熔融反應粉料用還原性氣體噴射入冷卻裝置內，冷卻后對顆粒粉碎篩分，篩分得到的顆粒大小為5-10微米的球型鎳摻雜鋰錳鋁鈷；其中所述用于噴射的噴嘴直徑3-6mm；

（2）制備包覆液

將含鎢化合物溶于去離子水中，充分攪拌至完全溶解、混合均勻；

（3）包覆

將所配制的包覆液、上述球型正極鋰錳鋁鈷材料加入球磨罐中，以300-500r/min的轉速球磨混合4-6h，得到混合液；

將磨后的混合液真空干燥后，以15℃/min的速率從室溫升溫至480-620℃、在480-620℃下恒溫預燒3-6h，再以10℃/min的速率升溫至850-900℃、于850-900℃下恒溫煅燒8-10h，最后以5℃/min的勻速降溫速率降至室溫，充分研磨后，得到鎢包覆鋰錳鋁鈷正極材料。

優選的，所述的含鎢化合物采用偏鎢酸銨，所述的偏鎢酸銨為上述球型正極鋰錳鋁鈷材料質量分數的1wt％-3wt％。

優選的，所述步驟（1）中的還原性氣體為氮氣和氫氣的混合物，其中氫氣在混合氣體中的體積百分比1-3％。

本發明具備如下優點和顯著效果：