[發明專利]一種富鋰三元正極材料及其綠色制備方法

有效

• 申請號: 201811497547.1
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109768272B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 廖世軍;魯志遠;趙瑩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種富鋰三元正極材料及其綠色制備方法。該方法為：將配置好的鎳鈷錳酸鹽溶液和鋰鹽溶液，加入到溶有表面活性劑和沉淀劑的溶液中，充分攪拌后將得到的混合溶液進行溶劑熱反應，之后利用噴霧干燥制得前驅體粉末，再經過焙燒得到富鋰三元正極材料xLi₂MnO₃·（1?x）LiMO₂。本發明所得的前驅體顆粒細膩，富鋰三元正極材料粒徑分布均勻、形貌可調控、結晶度好，而且在制備過程中無大量廢水排放，所采用的原料使得在煅燒過程中無有害氣體排放，綠色環保，制備工藝簡單，易于工業化；新型表面活性劑的使用有效地使得漿料分散均勻，且得到的正極材料顆粒邊緣出現穩定的混合相，減少正極材料與電解液的副反應，所得的正極材料具有放電比容量高、循環穩定性好等重要優點。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，具體涉及一種高性能鋰離子電池用富鋰三元正極材料及其綠色生產的制備方法。

背景技術

隨著電動汽車、智能電網以及大規模儲能領域的快速發展,現存在的電池體系越來越難以滿足人們生活生產的需要，而富鋰三元正極材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂,M＝Ni,Co,Mn,etc.)因其較高的比容量、高的工作電壓以及環境友好等優點被認為是高容量鋰離子二次電池中最具研究與應用前景的正極材料體系之一。目前富鋰材料的主要制備方法有：高溫固相法、溶膠凝膠法、共沉淀法、溶劑熱法等等，但這些方法仍有諸多缺點，如：能量消耗高，生產過程中有大量廢水排放，這些缺點大大增加了生產成本而且造成了環境污染。為了解決這些問題，人們在制備技術方面開展了大量的探索工作，取得了一些重要的進展。

中國發明專利廖世軍課題組申請的CN 104882599 A提出了一種噴霧干燥制備富鋰三元正極材料的方法，申請人以草酸及草酸銨作為沉淀劑，以Ni，Co，Mn的硝酸鹽以及氫氧化鋰作為原料，制得了草酸鹽的漿料，然后經過噴霧干燥、焙燒得到了富鋰三元正極材料，該技術簡化了富鋰三元材料的制備工藝，解決了傳統工藝大量排放廢水的問題，制備的正極材料性能也很優異。該申請的技術存在問題在于單純以去離子水為溶劑，制備的正極材料存在顆粒團聚嚴重、形貌難以調控，導致循環性能、倍率性能較差等問題，而本發明以去離子水和有機溶劑的混合溶液為溶劑，使噴霧干燥相結合的方法，有效地改善了合成材料的團聚性問題，合成的材料形貌可調控，粒徑分布均勻，從而提高了材料的電化學性能；且該申請技術需要以檸檬酸或氨水調節溶液pH，但按照本發明的生產工藝，漿料的最終pH在8.5～9之間，在避免酸性漿料對設備腐蝕的同時，還簡化了生產工藝。同時，本發明采用的原料使得焙燒過程中不會排放含有氮氧化合物的廢氣、造成環境污染，更加綠色環保。

中國發明專利申請CN 108063226 A提出了一種一步溶膠法制備高容量富鋰三元正極材料的方法，申請人以檸檬酸或者葡萄糖為螯合劑，以氨水來調節溶液pH值，然后攪拌至溶膠狀，最后經過噴霧干燥、焙燒制得了富鋰三元正極材料，合成產物具有較高的比容量和較佳的倍率性能。雖然溶膠凝膠法有如上所述的優點，但制備過程中又存在氨水的揮發造成環境污染、嚴重危害人體健康，且制備過程需要控制pH、使得操作復雜，制備出的正極材料粒徑分布不均，存在循環性能較差的問題。因此，尋求一種制備過程簡單、綠色環保，且制得具有優異電化學性能的正極材料有十分重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺陷，優化制備工藝，提供了一種富鋰三元正極材料及其綠色生產的制備方法。

本發明技術方案如下。

一種富鋰三元正極材料，所述正極材料為層狀結構，通式為：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中0x1，M＝Mn_aNi_bCo_(1-a-b)，0a1，0b≦0.5。

一種富鋰三元正極材料的綠色制備方法，包括以下步驟：