[發明專利]一種高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910792315.7
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110492096A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 戴新義;解艷芳;吳復忠;李軍旗
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 11362 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張梅<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法。采用乙醇溶液作為底液，將混合鹽溶液、混合堿性溶液加入底液中制備高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料，其包括以下步驟：（1）將鎳、鈷和錳的混合鹽溶液、碳酸鈉和氨水的混合堿性溶液加入底液中，加熱攪拌后形成懸浮液，過濾，取固體，洗滌，干燥，得三元前驅體；（2）按摩爾比為Li:(Ni+Co+Mn)=1?1.2:1的比例，將鋰鹽與三元前驅體混合，研磨，低溫預燒結，保溫燒結，冷卻，得到高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料。本發明具有不需要使用添加劑或助劑，獲得顆粒均勻分散的高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料,有利于提高電池的循環穩定性的有益效果。

技術領域

本發明涉及一種鎳鈷錳三元正極材料，特別是一種高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子池具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電率低及對環境污染小等優點，已經被廣泛應用于各種便攜式電子數碼產品。近年來，新能源汽車產業的迅速興起對鋰離子電池性能提出了更高的要求，在滿足安全及循環性能的同時，還必須具備高的能量密度。其中正極材料特性是決定鋰離子電池性能的關鍵因素。在已開發的正極材料中，三元鎳鈷錳材料因比容量大而備受研究者青睞。但大部分制備的三元正極材料均為由一次顆粒團聚而成的二次類球型顆粒，這種一次顆粒結晶性較差，形成的二次顆粒壓實密度較低，而且在電池充放電過程中二次顆粒容易破碎，使得循環穩定性下降。

針對上述問題 ，研究者制備出了微米級單晶三元正極材料，2017年公開的CN106410182A一種高壓實密度微米級單晶三元正極材料的制備方法中，通過加入添加劑及在氧氣和氮氣的混合氣體中煅燒獲得高壓實密度的微米級單晶三元正極材料，但此過程需要添加劑的加入，并需要氧氣和氮氣的混合氣體，所得材料粒度較大，最大粒徑約7μm，大尺寸在一定程度上增大了鋰離子及電子在材料中的輸運距離，從而影響性能。也有研究者（Kim Y. Lithium nickel cobalt manganese oxide synthesized using alkalichloride flux: morphology and performance as a cathode material for lithiumion batteries[J]. ACS applied materials & interfaces, 2012, 4(5): 2329-2333.）采用KCl或NaCl等助熔劑在高溫下合成了一次顆粒的三元正極材料，但是此過程需要助溶劑，并需要在高溫800-1000℃下燒結，增加了成本。針對上述問題，本發明詣在發明一種簡單不使用任何添加劑或助劑的合成技術，制備高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料，并提高其性能。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法，本發明具有不需要使用添加劑或助劑，獲得顆粒均勻分散的高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料,有利于提高電池的循環穩定性的特點。

本發明的技術方案：一種高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法，采用乙醇溶液作為底液，將混合鹽溶液、混合堿性溶液加入底液中制備高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料，其包括以下步驟：

（1）將鎳、鈷和錳的混合鹽溶液、碳酸鈉和氨水的混合堿性溶液加入底液中，加熱攪拌后形成懸浮液，過濾，取固體，洗滌，干燥，得三元前驅體；

（2）按元素摩爾比為Li:(Ni+Co+Mn)=1-1.2:1的比例，將鋰鹽與三元前驅體混合，研磨，低溫預燒結，保溫燒結，冷卻，得到高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料。

前述的高結晶亞微米級鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法中，所述步驟（1）中，鎳、鈷和錳的混合鹽溶液為硫酸鹽、硝酸鹽或和氯化鹽中的一種或多種混合物，鎳、鈷和錳的混合鹽溶液中Ni、Co、Mn元素的摩爾比為x:y:z，其中3≤x≤6，2≤y≤3，2≤z≤3。