[發明專利]一種添加碳源的微波加熱溶液法制備三元正極材料的方法

有效

• 申請號: 202110119982.6
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112875766B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 宋杰;許蘭蘭;李勇華;李奇峰
• 申請（專利權）人: 山東宏勻納米科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢瀛卓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42255
• 代理人: 張靜

本發明提供了一種添加碳源的微波加熱溶液法制備三元正極材料的方法，所述三元正極材料為單晶結構，其化學式為LiNi_1?x?yCo_xMn_yO₂，1?x?y≥0.5，0x1，0y1，所述方法包括如下步驟：(1)將鋰源、鎳源、鈷源、錳源溶于去離子水中，制得混合鹽溶液；(2)將碳源加入所述混合鹽溶液中并攪拌均勻，得到混合溶液；(3)將所述混合溶液置于微波加熱器中，加熱所述混合溶液使其分解，得到粉末狀黑色蓬松的三元納米氧化物前驅體；(4)將三元納米氧化物前驅體進行熱處理，得到所述三元正極材料。本發明所提供的溶液法制備三元正極材料的方法，所需時間短，能耗低，且制備的三元正極材料具有分散性好、壓實密度高、循環性能好的優點。

技術領域

本發明涉及電池材料制備技術領域，具體地涉及一種添加碳源的微波加熱溶液法制備三元正極材料的方法。

背景技術

鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、循環性能好等優點，已被廣泛應用于數碼電子產品、電動自行車、電動汽車等領域。鋰離子電池的性能與成本在很大程度上取決于正極材料。目前量產的鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰等，其中鎳鈷錳酸鋰(NCM)及其衍生物鎳鈷鋁酸鋰(NCA)、鎳鈷錳鋁酸鋰(NCMA)被統稱為三元正極材料。

目前大規模合成三元正極材料的方法主要是采用鎳鈷錳氫氧化物前驅體混合鋰鹽高溫固相反應，共沉淀法是用來合成前驅體最常用的方法，實際中不同種類陽離子的溶度積不同而不同時沉淀，化學計量比不容易精確控制，沉淀不完全的金屬離子容易造成原料損失及環境污染，而沉淀要經過多次洗滌，工藝繁瑣，耗水量大，污水處理成本高。

溶液法合成前驅體可以實現原子級的混合，理論上合成的材料化學計量比精確、金屬元素分布均勻。通常溶液法合成是將可溶性的鋰、鎳、鈷、錳等金屬鹽溶于溶劑中，同時添加絡合劑，然后蒸干溶液得到溶膠凝膠，再加熱凝膠促發自蔓延燃燒，得到三元正極前驅體，例如公開號為CN108574100A，CN 107403903B、CN104009221B、CN 104934593B的專利，均公開了采用溶液合成法制備三元正極前驅體，采用葡萄糖、檸檬酸、乙二醇、乙二胺四乙酸或者尿素等作為燃料，通過傳統窯爐或者微波加熱引起自蔓延劇烈燃燒，燃燒過程的溫度難以控制，難以獲得目標材料的最優性能。此外，過渡金屬的可溶性鹽對微波的吸收能力較弱，特別是如果溶液法中不添加含碳氫可燃化合物，采用微波加熱，難以達到過渡金屬的可溶性鹽的分解溫度。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種添加碳源的微波加熱溶液法制備三元正極材料的方法，所述三元正極材料為單晶結構，其化學式為LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，1-x-y≥0.5，0x1，0y1，所述方法包括如下步驟：

(1)將鋰源、鎳源、鈷源、錳源按上述化學式的摩爾比溶解于去離子水中，制得混合鹽溶液；

(2)將碳源加入所述混合鹽溶液中并攪拌均勻，得到混合溶液，碳源作為微波吸收介質；

(3)將所述混合溶液置于微波加熱器中進行微波加熱處理，得到粉末狀黑色蓬松的三元納米氧化物前驅體；

(4)將所述三元納米氧化物前驅體進行熱處理，得到所述三元正極材料。

進一步地，步驟(1)中，所述鋰源為硝酸鋰或氯化鋰，所述鎳源為硝酸鎳或氯化鎳，所述鈷源為硝酸鈷或氯化鈷，所述錳源為硝酸錳或氯化錳。

進一步地，步驟(1)中，所述鋰源的摩爾量為所述鎳源、鈷源、錳源摩爾量之和的1～1.2倍，所述混合鹽溶液中金屬離子的濃度為0.5～5mol/L。

進一步地，步驟(2)中，所述碳源為活性碳、乙炔黑、石墨烯、碳納米管中的一種。