[發(fā)明專利]直接沉淀制備鎳鈷錳三元材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710771567.2
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107634194B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 童慶松;彭建明;李青海;鄭思寧;馬莎莎;王蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/052;H01G11/50;H01G11/46
• 代理公司: 福州君誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發(fā)明涉及直接沉淀制備鎳鈷錳三元材料的方法，其特征在于鎳、鈷、錳離子摩爾比為：(0.45～0.55)：(0.15～0.25)：(0.25～0.35)或(0.55～0.65)：(0.15～0.25)：(0.15～0.25)或(0.75～0.85)：(0.06～0.13)：(0.06～0.13),且鋰離子摩爾數(shù)的范圍為0.95～1.10。將鎳、鈷和錳的化合物以及濕磨介質(zhì)混合，加入氨水和鋰的化合物，經(jīng)過陳化、干燥、兩段燒結(jié)等步驟制得三元正極材料。本發(fā)明的原料成本較低，樣品的大電流放電性能有明顯的改善，為產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池電極材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池和超級電容器的直接沉淀制備鎳鈷錳三元材料的方法。

技術(shù)背景

隨著化石能源的日益枯竭，能源問題日益成為關(guān)注的熱點。尋找儲能新材料成為研究的熱點之一。新儲能體系的鋰離子電池應(yīng)該具有電壓高、容量大、無記憶效應(yīng)和壽命長等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于移動電話、數(shù)碼相機、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品和電動車、混合電動車等動力工具。

鋰離子電池包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液和集流體等。其中，正極材料很大程度決定了電池的性能。已經(jīng)成功商業(yè)化的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等。不過，上述材料還存在不少缺點，尋找性價比更高的正極材料成為研究熱點。1997年，Ohzuku等[Ohzuku T.et al.，Chem.Lett.，1997，68：642.]率先研究了LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂型三元材料的性能。研究表明，這種材料融合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄的特點，具有可逆容量高、成本低、毒性低等優(yōu)點。鎳鈷錳三元材料可表示為：LiNi_xCo_yMn_zO₂(其中，x+y+z＝1)。根據(jù)化學(xué)式中鎳、鈷、錳元素摩爾比的不同，可將三元材料分為不同類型。如，鎳、鈷、錳的摩爾比(x∶y∶z)為3∶3∶3的三元材料，簡稱333型；鎳、鈷、錳的摩爾比為5∶2∶3的三元材料稱為523型；鎳、鈷、錳的摩爾比為8∶1∶1的三元材料稱為811型，還有類似的其它類型等。333型、523型、622型和811型三元材料均具有α-NaFeO₂型層狀結(jié)構(gòu)。在三元材料中，鎳、鈷、錳元素的化合價分別是+2價、+3價和+4價。Ni為主要活性元素。從理論上來看，鎳的相對含量越高，三元材料的放電容量越高。

Koymaya等[Koymaya Y.，et al.，J.Power Sources，2003，119(2)：644-648.]研究認(rèn)為，Li_1-xNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的充電過程以LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂為例是：隨Li離子的脫出，有不同的電子對發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)0＜x＜1/3時，發(fā)生Ni²⁺/Ni³⁺的轉(zhuǎn)變；當(dāng)1/3＜x＜2/3時，發(fā)生Ni³⁺/Ni⁴⁺的轉(zhuǎn)變；當(dāng)2/3＜x＜1時，發(fā)生Co³⁺/Co⁴⁺的轉(zhuǎn)變。

當(dāng)0＜x＜1/3時：

當(dāng)1/3＜x＜2/3時：

當(dāng)2/3＜x＜1時: