[發明專利]高鎳三元NCM622?納米線材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710590120.5
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107437620A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 何亮;吳黎明;安琴友;周亮;王選朋;羅顯德;劉橋
• 申請（專利權）人: 廣東邁納科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州京諾知識產權代理有限公司44407
• 代理人: 麥超群

技術領域

本發明涉及納米材料與電化學技術領域，特別是高鎳三元NCM622-納米線材料的制備方法，該材料可作為鋰離子電池正極活性材料。

背景技術

近年來，隨著新型能源的發展及智能電網系統的推廣，能源儲存體系對于新型能源基礎設施的建設的要求越來越高，尤其是用于動力裝置的能量存儲系統，如新能源電動汽車動力電池。在當前的各種能源儲存技術中，可充電電池由于其使用壽命長、經濟效益好等優點而受到人們的青睞，如傳統的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池等。然而，每一種傳統電池都存在缺點和局限性，很難滿足日益增長的能源儲存需求。由此，新型儲能電池的開發與應用迫在眉睫。

目前，在已開發的新型儲能電池中，鋰離子電池因具有長壽命、高容量、自放電小、無記憶效應和環保等特點而備受青睞。在鋰離子電池正極材料中，鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰等正極材料已被廣泛研究并成功用于汽車動力鋰離子電池中。但是，這些正極材料最大的弊端是其能量密度遠遠不能滿足當前人們對純電動汽車續航里程的要求。而高鎳三元NCM正極材料與之相比具有更高的能量密度，即可有效提升電動車的許航里程，被當前的新能源純電動汽車市場越來越看好。在眾多高鎳三元NCM體系材料中， LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（以下簡稱NCM622）兼具了容量、安全性和成本三方面的優勢，因此其是一種更具產業化前景的鋰離子動力電池正極材料。然而NCM622正極材料在充放電過程中其結構容易劣化，最終導致材料容量衰減和熱穩定性大幅下降等問題。為解決這一問題，結合一維納米材料的獨特結構優勢，設計構筑了一種NCM622-納米線為基礎的一維鋰離子插層高鎳三元層狀化合物，提高了鋰離子電池的結構穩定性和倍率性能，改善了其電化學性能。目前，NCM622-納米線材料還未見報道。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明的目的是提供一種高鎳三元NCM622-納米線材料的其制備方法，其制備過程簡單，能耗較低，產率較高，所得到的NCM622-納米線材料作為鋰離子電池正極材料具有良好的電化學性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：高鎳三元NCM622-納米線材料的制備方法，包括如下步驟：

1）按元素摩爾比稱取一定量的鋰源、鎳源、鈷源和錳源，將其一并加入到去乙醇中，放于40℃恒溫水浴鍋中磁力攪拌1-2 h，形成均一透明的溶液；

2）稱取一定量聚乙烯吡咯烷酮加入到步驟1）所得溶液中，磁力攪拌8-12 h，使其全部溶解；

3）稱取一定量有機糖作為防吸水劑加入到步驟2）所得溶液中，繼續攪拌0.5-1 h，使其全部溶解；

4）將步驟3）所得溶液轉移到注射器中，在正高壓13.0-15.0 kV、負高壓1.0-2.5 kV的條件下進行靜電紡絲，用鋁箔接收納米纖維；

5）將步驟4）所得產物于220-360 ℃下，在空氣中燒結2-5 h；

6）將步驟5）所得產物在氬氣氛圍中于800-1000 ℃下高溫煅燒12-18 h，得到高鎳三元NCM622-納米線材料。

作為本發明的進一步改進：步驟1）所述的鋰源為乙酸鋰、檸檬酸鋰、LiCl和KNO₃中的一種或其任意組合；所述的鎳源為乙酸鎳（C₄H₆O₄Ni?4H₂O）和硝酸鎳（Ni(NO₃)₂?6H₂O）中的一種或其任意組合；所述的鈷源為乙酸鈷（C₄H₆O₄Co?4H₂O）和硝酸鈷（Co(NO₃)₂?6H₂O）中的的一種或其任意組合；所述的錳源為乙酸錳（Mn(CH₃COO)₂）和草酸錳（MnC₂O₄）中的的一種或其任意組合；所述的有機糖防吸水劑為葡糖糖和果糖的一種或其任意組合。

作為本發明的進一步改進：步驟2）所述的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的分子量為1300000。

作為本發明的進一步改進：所述的鋰源、鎳源、鈷源和錳源按照Li:Ni:Co:Mn元素摩爾比為X:6:2:2配取，其中10.0≤X≤10.7；步驟1）所述溶液中Li+離子濃度范圍為2/25-2/15 mol/L。