[發明專利]一種高倍率鋰離子三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811483940.5
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109346720A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 文萬超;程迪;尹正中;徐云軍;栗曉靜
• 申請（專利權）人: 河南科隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京神州華茂知識產權有限公司 11358
• 代理人: 吳照幸

本發明提供一種制備高功率鋰離子正極材料及其制備方法，所述正極材料為LiaNixCoyMnzO2(0.98≤a≤1.10，0.4≤x≤0.95，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，x+y+z＝1)。本發明得到的三元空心結構正極材料形貌規整，粒徑分布窄，此結構可以增強對非水電解質的保液能力，可以有效縮短鋰離子傳輸的路徑，為大電流放電高倍率充放電提供了有效支撐。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池用正極材料領域，具體涉及一種鋰離子電池用正極材料及其制備方法。

背景技術

近些年，隨著智能手機和便攜式個人電腦的發展，具有高能量密度的小體積和輕量化的二次電池有很大的市場需求。同時，高功率二次電池同樣有很大的市場需求，尤其是在汽車、無人機等運輸設備等方面。

鋰離子二次電池可以滿足上述的需求，自20世紀90年代索尼公司成功將LiCoO2推向商業化市場之后，鋰離子電池因其比容量高、循環壽命長、安全性能好、環境友好型等優點在國內外得到廣泛應用于各種手機、筆記本等移動終端設備，但由于高溫和過充性能差，加之鈷日益升高的價格限制了高功率動力電池的應用，尋求一種可替代LiCoO2在高功率方面應用的鋰離子正極材料已成為熱點。

鎳鈷錳酸鋰材料，即三元材料，通過Ni-Co-Mn的協同效用，結合了三種材料的優點：LiCoO2的良好倍率性能，LiNiO2的高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本性等，已成為最具發展前景的新型鋰離子電池正極材料之一。然而三元材料與LiCoO2相比，其導電率偏低導致其大電流放電及高倍率性能的發揮受到極大的挑戰。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種操作便捷、成本低廉、能夠明顯改善功率性能的鋰離子電池正極材料的制備方法。

本發明的一種高倍率鋰離子三元正極材料的制備方法的方法，所述正極材料為LiaNixCoyMnzO2，0.98≤a≤1.10，0.4≤x≤0.95，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，x+y+z＝1；其特征在于包括以下步驟：

選擇直徑1-8um之間的填充球體，對其進行水化分散，備用；將可溶性鎳鹽、鈷鹽和錳鹽按照摩爾比5～8:1～2:1～3，配成混合溶液A，配制4mol/L濃度的NaOH與3.6mol/L～4mol/L濃度的氨水混合液為溶液B；在間歇式反應容器中加入配置好的混合溶液A，再加入備用的填充球體，進行攪拌，將B溶液加入到間歇式反應容器中，調節溶液的pH至9.5-12的范圍，控制反應溫度為50～80℃，進行攪拌，反應的整個過程通惰性氣體保護；反應結束后將得到的沉淀過濾、洗滌，在80-200℃下干燥4-8h制備得到具有核殼結構前驅體；

熱處理方法為：將得到的具有核殼前驅體的前驅體和鋰鹽，按摩爾比為0.95～1.5，進行混合至均勻，將混合均勻的材料在高溫爐中燒結，氣氛為含氧氣氛，含氧氣氛的氧含量的體積分數為21～99.99％，高溫爐以升溫速率的范圍為1～6℃/min的升溫速率升溫至預燒溫度，預燒溫度范圍為300～700℃，預燒溫度的保溫時間為1～6h，再以該升溫速率1～6℃/min，升溫至燒結溫度，燒結溫度范圍為700～1000℃，燒結溫度的保溫時間范圍為9～15h；材料隨爐冷卻、破碎、粉碎，得到中空結構的正極材料。

其中，制備過程中所用的填充體球是中間相碳微球、球型石墨、碳球、富勒烯等其中的一種或多種。

其中，制備過程中所用的填充碳球的粒徑分布(D90-D10)/D50≤0.8。

根據權利要求1所述材料的制備方法，其特征在于：制備過程中所用的鎳鹽、鈷鹽、錳鹽，使用硫酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽、乙酸鹽的其中一種或多種。

其中，混合溶液A的摩爾濃度0.1～3mol/L。

其中，溶液B的濃度是0.4～10mol/L。