[發明專利]一種粒度均勻的鋰電池正極材料NCM811的制備方法

在審

• 申請號: 201811112306.0
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109360982A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 徐芬;曹黎志;孫立賢;楊俠;徐超超;陳俊;陳冬梅;李旭波;于芳;張煥芝
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 羅玉榮

本發明公開了一種粒度均勻的鋰電池正極材料NCM811的制備方法，該法利用間苯二酚、甲醛與金屬乙酸鹽在水熱反應條件下形成凝膠；然后，冷凍干燥。實現金屬離子均勻混合，從而合成結晶度高、I(003)/I(104)比值在1.55?1.76之間、粒度大小均勻分布在500?900 nm之間的鋰離子電池正極材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂。其制備方法包括以下步驟：1）前驅體的制備；2）正極材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的制備。本發明的優點為：采用凝膠化和煅燒的兩步法，獲得的正極材料的陽離子混排程度低；與高溫固相法和共沉淀法相比，降低了煅燒條件，減少了雜相生成，降低了對合成氣氛等苛刻條件和步驟，有效降低了能耗和成本，工藝簡單，成本低廉，且電化學性能、循環穩定性、比容量性能優異，具有工業應用前景。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，為一種粒度均勻的鋰電池正極材料NCM811的制備方法。

背景技術

隨著全球能源和資源的日益短缺，開發新能源材料成為當今世界的一大熱點，鋰離子電池具有比容量高、循環壽命長、體積小和環境污染少等優點備受新能源領域的青睞。在鋰離子電池中，正極材料是影響電池成本與性能的一個重要因素，為此，研究新 型的正極材料成為當前的研究熱點。

目前應用最廣范的鋰離子電池正極材料主要包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄等。LiCoO₂具有高的工作電壓、良好的循環性能、優異的可逆性、制備工藝簡單等優點，成為商品鋰電池正極材料應用最多的材料；但是，其環境污染大、抗過充能力弱、熱穩定性差、制備成本高。LiNiO₂的理論容量可以達到276 mAh g^-1，大大高于LiCoO₂；但是其制備的工藝條件更復雜、且熱穩定性差。LiMnO₂的理論容量可以達到285 mAh g^-1，具有良好的安全性能、價格廉價等優點；但其循環性能差。LiMn₂O₄雖制備工藝簡單、成本較低；但容量小，在高溫下的容量衰減比較嚴重。新型層狀LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂材料，尤其是LiNi _0.8Co_0.1Mn_0.1O₂具有容量高、循環性能優良及價格便宜等優點。

由于正極材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的陽離子混排程度較高，從而導致循環性能下降。而陽離子混排程度的大小在XRD圖譜中表現為I(003)和I(104)的比值，即I(003)/I(104)。I(003)/I(104)比值越大，表明正極材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的混排程度越低，電化學性能越好；I(003)/I(104)比值越小，表明正極材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的混排程度越高，電化學性能越差。通常認為I(003)/I(104) > 1.2時，正極材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂具有較低的混排程度，即其具有較好的電化學性能。此外，材料粒度大小分布不均勻也容易導致電化學性能下降。因此，開發結晶度高、陽離子混排程度較低、材料粒度大小分布均勻的正極材料的制備方法尤為重要。