[發明專利]一種鋰離子電池三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011123473.2
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112290012A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 何學剛;薛兵;高玉仙
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發明公開了一種鋰離子電池三元正極材料的制備方法，涉及鋰離子電池技術領域，包括以下步驟：將鎳源、鈷源、錳源、鋰源溶于水中，再加入丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和引發劑，攪拌反應，得混合液；將多孔陶瓷置于混合液中浸潤；將浸潤后的多孔陶瓷取出，微波加熱至凝膠化燃燒，然后分離出多孔陶瓷，得前驅體粉體，燒結，即得。本發明是利用丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯原位聚合反應，形成高分子網絡固定三元正極材料原料中的金屬離子，使得原料能夠達到分子級均勻混合，加入的多孔陶瓷能夠很好地將反應物溶液吸收在其微米級的腔體內，微波過程中受熱均勻，避免了凝膠團聚體出現，制得的粉體蓬松，粒徑小且分布窄，活性高、電化學性能優。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子電池三元正極材料的制備方法。

背景技術

目前石油資源日益緊缺，環境污染嚴重，為了解決以上問題，發展電動汽車和混合動力汽車是主要方法之一。然而長期以來，電動汽車的發展受到動力電池技術發展的制約。正極材料是制約當今鋰離子電池的瓶頸問題之一，正極材料比容量的大小直接決定鋰電池的比容量，影響其實際用途，因此制備性能優異的正極材料對于獲得性能優良的鋰離子電池非常重要。

三元正極材料已成為研發生產的熱點。對于三元正極材料，現有的制備方法主要有固相反應法、共沉淀法、濺射法、溶膠凝膠法、燃燒法等。但上述現有制備方法卻存在一定的弊端，比如，固相反應法因其原料混合存在不均勻從而導致最終產物的電化學性能不夠好；共沉淀法條件苛刻，需要控制反應溶液的pH值、濃度、溫度、攪拌速度等條件，并需要在保護氣氛下進行，前驅體制備好后需要進一步的混鋰，工藝步驟較長；濺射法是比較新的方法，但是對設備要求較高；溶膠凝膠法一般以檸檬酸為螯合劑，原料成本高，反應條件不易控制，且檸檬酸對不同金屬離子配位選擇性上的差異造成溶膠體系中部分金屬離子的偏析，從而影響產品的均一性和穩定性；傳統的燃燒法，在加熱濃縮和凝膠化過程中容易發生局部受熱不均而生成凝膠團聚體現象，這使得部分凝膠未能燃燒從而影響得到的粉體品質與收率，且在凝膠化過程中甘氨酸、檸檬酸或尿素等螯合劑對金屬離子配位選擇性也存在差異，也易造成金屬離子的偏析，同時在燃燒過程中伴隨著高溫，易發生反應物噴射而造成損失。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種鋰離子電池三元正極材料的制備方法，制得的粉體蓬松，粒徑小且分布窄，易粉碎，具有活性高、電化性能優等特點。

本發明提出的一種鋰離子電池三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鎳源、鈷源、錳源、鋰源溶于水中，再加入丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和引發劑，攪拌反應，得混合液；

S2、將多孔陶瓷置于混合液中浸潤；

S3、將浸潤后的多孔陶瓷取出，微波加熱至凝膠化燃燒，然后分離出多孔陶瓷，得前驅體粉體；

S4、將前驅體粉體燒結，即得三元材料粉體。

優選地，所述鎳源為乙酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳中的一種或一種以上；所述鈷源為乙酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷中的一種或一種以上；所述錳源為乙酸錳、氯化錳、硝酸錳、硫酸錳中的一種或一種以上；所述鋰源為乙酸鋰、硝酸鋰、檸檬酸鋰中的一種或一種以上。

優選地，所述三元正極材料的化學式為LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0﹤x﹤1，0﹤y﹤1。

在本發明中，S1中鎳源、鈷源、錳源的加入比例可根據三元正極材料的化學式中鎳、鈷、錳元素的摩爾比為依據。鋰源的加入量可適當過量，為鎳、鈷、錳元素的摩爾量之和的1.01～1.05倍。

優選地，所述丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的總加入量為所得三元材料粉體質量的15～25％，其中，甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸質量比為1：2～5。