[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

本發明涉及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，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)，該方法為：將鋰源、鎳源、鈷源、鋁源混合溶解于去離子水中，加入谷氨酸和氟化鈉得到混合溶液；將混合溶液制成干凝膠；加熱并保溫，使干凝膠自蔓延燃燒完全生成蓬松粉體；將粉體進行熱處理，得到鎳鈷鋁酸鋰正極材料。本發明使用谷氨酸作為溶膠劑，氟化鈉為催化劑進行溶膠凝膠自蔓延燃燒制備鎳鈷鋁酸鋰。該方法能夠提高材料的倍率性能，改善材料的循環穩定性，其首次循環放電比容量達到了270?320mAh/g；同時可降低對熱處理設備的需求，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及電池材料制備領域，具體涉及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。

背景技術

隨著新能源汽車的大力發展，鋰離子電池產業已經進入快速發展階段。影響鋰離子電池性能的關鍵材料主要有正極材料、負極材料、電解液等。其中，正極材料是目前限制電池性能的主要因素，同時也是占鋰離子電池成本較高的主要因素，接近40％。

近年來研究最多的正極材料主要有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料。其中三元材料在成本和綜合性能方面有著較為突出的優勢，已經逐漸成為主流的技術路線。三元材料主要有鎳鈷鋁酸鋰和鎳鈷錳酸鋰材料，在能量密度和循環壽命方面，高鎳的鎳鈷鋁酸鋰正極材料表現十分優異。

目前鎳鈷鋁酸鋰的合成主要技術路線為通過共沉淀法得到前驅體，隨后再進行熱處理過程得到最終產品。該技術路線鋁元素分布均勻，生產流程簡單、成本低，但前驅體的制備技術時間較長、難度較大。因此研究新的快速、簡易的制備方法，對鎳鈷鋁酸鋰的大力發展有著十分積極的推動作用。

溶膠凝膠自蔓延燃燒法是一種快速制備均勻超細多組分氧化物粉末的工藝。CN103400979A提供了一種制備鋰離子電池正極材料的自蔓延燃燒分解法，該方法為：將可溶性鋰、鎳、鈷、錳的化合物按通式Li_aNi_xCo_yMn_zO₂中各原子摩爾比溶于去離子水中，攪拌加熱至200-600℃，使其充分反應并發生自蔓延燃燒分解，將燃燒分解的產物經壓實后置于高溫爐中850-950℃燒結8-24h，自然冷卻至室溫得到目標產物。該發明的方法合成工藝簡單，能耗低，缺點是倍率性能不足，導致材料的應用受到了限制。此外，CN106129381A、CN104681807A或CN104009221A等專利中均涉及到了利用自蔓延燃燒法制備鋰離子電池正極材料，但同樣存在上述問題。

利用溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備鋰離子電池正極材料，需要解決的首要問題就是使用傳統的檸檬酸、硝酸鹽作為溶膠劑時，燃燒不夠充分使最終得到的正極材料分散度較差，從而導致倍率性能不足。此外，硝酸鹽作為溶膠劑在燃燒過程中會產生大量的NO或NO₂，會導致空氣污染。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了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，利用谷氨酸作為溶膠劑，配合氟化鈉的催化作用，利用溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備鎳鈷鋁酸鋰正極材料，該材料具有優異的倍率性能，首次循環放電比容量達到了270-320mAh/g。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供了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，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、鋁源按上述分子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；