[發明專利]一種溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備三元高鎳正極材料的方法

有效

• 申請號: 201710729423.0
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107403903B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 譚強強;夏青
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備三元高鎳正極材料的方法，其特征在于，所述三元高鎳正極材料為LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂，1-x-y>0.5，0<x<1，0<y<1，所述方法包括以下步驟：

(1)將鋰源、鎳源、鈷源、鋁源按上述化學式的摩爾比混合溶解于去離子水中，加入谷氨酸和氟化鈉，攪拌后得到混合溶液；

(2)將步驟(1)得到的混合溶液加熱至水分蒸發得到溶膠，將所得溶膠烘干得到干凝膠；

(3)將步驟(2)得到的干凝膠加熱并保溫，使干凝膠自蔓延燃燒完全生成蓬松粉體；

(4)將步驟(3)得到的粉體進行熱處理，得到LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂正極材料。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述鋰源為硝酸鋰，鎳源為硝酸鎳，鈷源為硝酸鈷，鋁源為硝酸鋁。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述鋰源需過量5-20％，以彌補燃燒過程中的鋰損失。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述混合溶液中金屬離子的濃度為0.01-10mol/L。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述混合溶液中谷氨酸與金屬離子的摩爾比為0.5-4:1。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述混合溶液中氟化鈉和谷氨酸的摩爾比為0.1-2:1。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述加熱的溫度為50-100℃。

8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述烘干的溫度為60-100℃。

9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述加熱的溫度為200-400℃。

10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述保溫的時間為0.5-10h。

11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)所述熱處理的操作為：先將步驟(3)得到的粉體在氧氣氣氛下進行預燒結，然后升溫進行燒結，燒結完成后冷卻。

12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述預燒結的升溫速率為1-30℃/min。

13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述預燒結的溫度為400-600℃。

14.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述預燒結的時間為6-12h。

15.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述燒結的溫度為600-1000℃。

16.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述燒結的時間為5-20h。

17.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)將硝酸鋰、硝酸鎳、硝酸鈷和硝酸鋁按上述化學式的摩爾比混合溶解于去離子水中，加入谷氨酸和氟化鈉，攪拌后得到混合溶液；混合溶液中金屬離子的濃度為0.01-10mol/L；谷氨酸與金屬離子的摩爾比為0.5-4:1；氟化鈉和谷氨酸的摩爾比為0.1-2:1；

(2)將步驟(1)得到的混合溶液加熱至50-100℃，保溫至水分完全蒸發得到溶膠，將所得溶膠在60-100℃下烘干得到干凝膠；

(3)將步驟(2)得到的干凝膠加熱至200-400℃，保溫0.5-10h，使干凝膠自蔓延燃燒完全生成蓬松粉體；

(4)在氧氣氣氛下，將步驟(3)得到的粉體以1-30℃/min的速率升溫至400-600℃預燒結6-12小時，然后升溫至600-1000℃燒結5-20小時，冷卻后得到LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂正極材料。