[發明專利]三元正極材料及該材料和其前驅體的制備方法

有效

• 申請號: 201710822648.0
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107585794B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 王接喜;李艷;王志興;李新海;郭華軍;李滔;胡啟陽;彭文杰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 王丹

1.一種具有復合異質結構的三元前軀體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1噴霧熱解法制備三元氧化物前驅體

將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽或鋁鹽用溶劑溶解配制成混合鹽溶液A，所述混合鹽溶液A經超聲霧化后，由載氣載入熱解爐，熱解得到三元氧化物前驅體，其分子式為Ni_1-x-yCo_xM_yO_z，其中0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，1<z<1.5，M＝Mn或Al；

所述混合鹽溶液A中Ni:Co:Mn或Ni:Co:Al的摩爾比＝1-x-y：x：y；

S2準備共沉淀反應晶種

將1～3g S1制備得到的Ni_1-x-yCo_xM_yO_z三元氧化物前驅體加入到共沉淀反應釜底部作為晶種，然后加入150～250ml濃度為1～4mol/L的氨水作為底液，緩慢攪拌使Ni_1-x-yCo_xM_yO_z粉末均勻分散；

S3配制共沉淀反應金屬液

將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽或者鋁鹽用溶劑溶解配制成混合鹽溶液B，作為共沉淀金屬液備用；所述混合鹽溶液B中Ni:Co:Mn或Ni:Co:Al的摩爾比＝1-a-b：a：b，其中0<a<1，0<b<1，0<a+b<1；

S4配制共沉淀反應堿液

所述共沉淀反應堿液由絡合劑和沉淀劑按等比例混合組成，所述絡合劑為氨水或銨鹽加入離子水或蒸餾水后配制成的溶液，所述沉淀劑為可溶性堿用去離子水或蒸餾水溶解后配制成的溶液；

S5共沉淀反應制備具有復合異質結構的三元前軀體

在保護氣體氣氛下通過蠕動泵將S3配制的金屬液和S4配制的堿液同時泵入S2所述共沉淀反應釜中進行共沉淀反應，調節共沉淀反應釜攪拌槳轉速至300～800r/min，共沉淀反應溫度為50～60℃，金屬液的加入速度為0.2～2ml/min，調節堿液添加速度控制pH在10～12；2～4h共沉淀結束后將所得固液混合物采用去離子水洗滌經離心過濾分離后收集置于干燥箱內干燥,干燥后所得到的沉淀固體即為具有復合異質結構的三元前軀體，分子式為Ni_1-a-bCo_aM_b(OH)₂@Ni_1-x-yCo_xM_yO_z。

2.根據權利要求1所述的三元前軀體的制備方法，其特征在于：所述鎳鹽為氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳和醋酸鎳中的至少一種；所述鈷鹽為氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷和醋酸鈷中的至少一鐘；所述錳鹽為氯化錳、硫酸錳、硝酸錳和醋酸錳中的至少一種；所述鋁鹽為氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁和醋酸鋁中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的三元前軀體的制備方法，其特征在于：所述混合鹽溶液A中總金屬離子濃度為0.1～5mol/L；所述混合鹽溶液B中總金屬離子濃度為0.5～2mol/L。

4.根據權利要求1所述的三元前軀體的制備方法，其特征在于：S1中所述載氣為氧氣或空氣；所述載氣流速為2-6L/min；所述熱解溫度為650～900℃。

5.根據權利要求1所述的三元前軀體的制備方法，其特征在于：S4中所述絡合劑濃度為1-4mol/L；所述沉淀劑濃度為1-2mol/L；所述可溶性堿為LiOH，KOH和NaOH中的至少一種。

6.一種三元正極材料，其特征在于：具有權利要求1-5任一項所述的制備方法制備得到的具有復合異質結構的三元前驅體。

7.一種三元正極材料的制備方法，其特征在于：將權利要求1-5任一項所述的制備方法制備得到的具有復合異質結構的三元前驅體與鋰鹽混合燒結制備即得三元正極材料。

8.根據權利要求7所述的三元正極材料的制備方法，其特征在于：所述鋰鹽為LiOH、LiF和Li₂CO₃中的至少一種。