[發明專利]通過軟模板的結構調控制備優良電化學性能的三元正極材料的方法

在審

• 申請號: 201910249773.6
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN110061235A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 肖順華;袁敏;劉雪萍;陳超;曾威
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種通過軟模板的結構調控制備優良電化學性能的三元正極材料的方法。(1)將鎳鈷錳源和碳酸鹽、表面活性劑溶于蒸餾水中，充分溶解，兩溶液混合后轉移至反應釜中，并將反應釜置于烘箱中，反應得到三元前驅體。(2)按照摩爾比稱取步驟(1)所得到的Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3CO₃前驅體、稱取鋰源,將兩者置于研缽中充分研磨，所得到的混合樣品在馬弗爐空氣氣氛下進行分步燒結，自然冷卻至室溫，即得到形貌結構改善的正極材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂。本發明工藝簡單，成本低廉，制備出了以表面活性劑軟模板限制作用改善的倍率和循環性能等電化學性能良好的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正極材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料領域，具體是一種通過軟模板的結構調控制備優良電化學性能的三元正極材料的方法。

背景技術

鋰離子電池的主要部件有正極、負極、電解液、隔膜等。鋰離子電池能量的存儲和釋放是以電極材料的氧化還原反應形式實現的，正極活性物質是鋰離子電池最為關鍵的核心材料。當前，受新能源汽車行業對高能量密度材料需求急劇增大的驅動，三元正極材料已經成為鋰電行業的研究熱點和主流品種。

三元正極材料為微米級的顆粒物質，初級小顆粒容易團聚，形成密實形貌的次級顆粒。研究表明，粒徑小的材料比表面積較大，使材料與電解液的接觸面積增大，疏松多孔的形貌有利于電解液的浸潤，同時鋰離子電池擴散路徑變短，有利于大電流密度下鋰離子在材料表面的嵌脫。因此，小粒徑、疏松多孔材料的倍率性能較好，而要得到此類形貌的三元正極材料，需要用具有相似形貌的前驅體煅燒。前驅體對三元材料的生產至關重要，前驅體的品質(形貌、粒徑、粒徑分布、比表面積、雜質含量、振實密度等)直接決定了最后燒結產物的理化指標。

表面活性劑可以改變晶體顆粒初級和次級(二級)的晶體結構生長方向和微觀結構。水熱和晶化過程中，表面活性劑被有效吸附在材料顆粒表面，表面活性劑的反應基團與前軀體顆粒表面基團形成新的化學鍵作用，實現了對顆粒表面的改性和修飾，發揮了軟模板的限制作用，阻止了材料顆粒的進一步長大和團聚，提高了粒子生長的均勻性。納米尺寸且分布均勻的形貌有利于Li⁺在材料中的傳輸，提高材料的電化學性能。

本發明通過表面活性劑軟模板的限制作用，在水熱合成條件下制備出了Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3CO₃前驅體材料。在此基礎上，結合高溫固相燒結法，成功制備得LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正極材料，并對其電化學性能進行了研究。

發明內容

本發明的目的是，利用表面活性劑軟模板的限制作用，改善鎳鈷錳酸鋰材料的形貌和結構，提高材料的振實密度和能量密度，增加電解液的浸潤，減少鋰離子擴散路徑，加快鋰離子的擴散速率，從而制備出良好循環性能和倍率性能的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂三元正極材料。

具體步驟為：