[發明專利]包覆聚合鋁的鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910970074.0
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110690445B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 童慶松;張曉紅;祖國晶;席強;王彤
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及包覆聚合鋁的鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于將聚合鋁與鎳鈷錳酸鋰材料混合，加入氨水制得前驅物，干燥后采用程序升溫法或逐溫區升溫法制得具有層狀α?NaFeO₂結構且包覆聚合鋁的鎳鈷錳酸鋰材料。鎳鈷錳酸鋰材料的鎳：鈷：錳離子摩爾比：(0.47～0.52):(0.15～0.25):(0.25～0.35)或(0.57～0.62):(0.15～0.25):(0.15～0.25)或(0.77～0.82):(0.05～0.15):(0.05～0.15)。本發明制備的樣品的大電流放電和存放性能有明顯的改善。

技術領域

本發明屬于電池電極材料制備的技術領域,涉及一種可用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池和超級電容器的鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法。

技術背景

鋰離子電池具有電壓高、重量輕、循環壽命長、無記憶效應、安全性好等優點，可廣泛應用于移動電話、數碼相機、筆記本電腦等數碼產品和電動車、混合電動車等動力工具。鋰離子電池包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液和集流體等。其中，正極材料是制約鋰離子電池整體性能及成本的關鍵。已經商業化的正極材料有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等。1997年，Ohzuku和Makimura [ Ohzuku T， Makimura Y. ， Chem. Let.， 2001， (7): 642-643.]率先報道了LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂型層狀鎳鈷錳酸鋰材料。接著組成為LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂等的鎳鈷錳酸鋰材料也被發明出來。這種材料LiNi_xCo_yMn_zO₂兼具LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂的優點，有明顯的協同效應。材料各元素的化學計量比及分布是影響性能的關鍵因素。用于合成鎳鈷錳酸鋰材料的方法有高溫固相法、共沉淀法、噴霧干燥法、水熱法、溶膠凝膠法等。其中，共沉淀法是制備鎳鈷錳酸鋰材料的主要方法。

共沉淀法是在多種陽離子的混合溶液中加入沉淀劑和絡合劑，控制沉淀的成核和生長過程，獲得可控制形貌與粒徑的共沉淀。將制備的共沉淀再經過濾、干燥等操作制得前驅體。將此前驅體與鋰鹽混合，再用高溫燒結法制得正極材料。該合成方法的重現性好，制備產物的組成均勻?？赏ㄟ^控制沉淀過程的攪拌速度、pH值、陳化溫度、沉淀劑、沉淀劑滴加速度、氨水與金屬離子的比例等方法控制共沉淀產物的形貌與粒徑，解決固相合成法混料不均和粒徑分布過寬等問題。共沉淀法分為氫氧化物和碳酸鹽共沉淀法。具體來說，用氫氧化物或碳酸鹽沉淀劑將過渡金屬離子形成前軀體沉淀，再與鋰鹽混合，最后燒結制得鎳鈷錳酸鋰材料。氫氧化物共沉淀法是合成鎳鈷錳酸鋰材料前軀體常用方法。這種方法一般以NaOH作為沉淀劑，氨水作為絡合劑，用沉淀劑控制反應過程的pH值，通過控制反應溫度和攪拌速度實現控制前軀體粒徑和形貌的目的，最終優化鎳鈷錳酸鋰材料的電化學性能。在制備過程中，由于生成的中間產物Mn(OH)₂不穩定，容易被空氣氧化，影響材料的性能，因此，制備前軀體過程需要通入氮氣進行保護。氫氧化物共沉淀法的優點是可以控制粒徑均勻的前軀體；缺點是制備工藝復雜。共沉淀法分為氫氧化物和碳酸鹽共沉淀法。