[发明专利]正极材料(LNMC)合成的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及正极材料(LNMC)合成的新方法，属于锂离子电池技术领域。 

背景技术

锂离子电池的性能要求日见现实，除了安全性外还有要求长效（耐久）高能（功）密这些要求都是正极材料不断开发新品才能得以实现的。当前正极材料在不断开发由传统LiCoO₂至LiFePO₄，目前正在开发层状三元（LNMC）这类材料比LiCoO₂更廉价无毒，比LiFePO₄导电性高、低温性能好，层状三元（LNMC）电压窗口宽2.3V-4.75V，电池容量在130~160mAh/g,这类材料最大的问题是结构的稳定性、重复性以及Mn³⁺的溶解，要解决这类问题务必从起始材料（原料）考虑，尽量少用盐多用氧化物，务必从合成方法考虑，尽量以是化学方法混料，不用或少用固相（粉体）混料，务必从煅烧过程考虑，尽量不用一次煅烧，而用预烧工艺，两次洗涤（两步法）干燥，这样结构完整性、重现性、稳定性都得以提高，根据以上各种考虑，用（LNMC）新方法合成的正极材料实现容量在145mAh~（中值）水平，90次循环后容量仍保持在158mAh/g、库伦效率在98%。本发明通过对整个共沉淀过程和烧结过程的控制得到一种性能优良的三元层状锂离子电池正极材料。 

    发明内容

本发明的目的在于提供一种捣实密度高、性能优良、价格低廉的锂离子层状正极材料(LNMC)合成的新方法。

本发明采用共沉淀法和两段干燥法制备锂离子电池正极材料(LNMC)合成的新方法，该方法简单易行，尤其适合工业化生产。该方法包括如下步骤： 

1、以氧化物（或盐）为原料：将Ni、Co、Mn要求的化学计量取样，溶于水中（添加少量HAC）搅拌后再加入硫酸，配成Ni、Co、Mn的硫酸盐浓度约2mol的溶液；

2、氢氧化钠作共沉淀剂，严格控制溶液PH（PH≥10）沉淀出Ni、Co、Mn的氢氧化物，氢氧化钠浓度≥2.3mol;

3、Ni、Co、Mn的氢氧化物沉淀分离水洗、干燥两段干燥法；

4、前驱体与LiOH或Li₂Co₃混合，即两步干燥后得到的Ni、Co、Mn的氢氧化物与Li盐混合用球磨混合或湿法混合；

5、煅烧：第一次     400-600℃      4-6h；          第二次     800-850℃      10-14h；

首先将Ni、Co、Mn的氧化物或 Ni盐、Co盐和Mn盐分别溶解后混合得到混合溶液记为1；沉淀剂氢氧化钠溶液记为2；将溶液2固定在搅拌器上升温至50度；另一份1溶液采用滴加的方式逐步加入在搅拌的反应容器中，待1和2溶液沉淀完全后，陈化时间1-2h，将得到的沉淀进行收集、清洗和干燥得到前驱体固体；将所述干燥后的前驱体固体与锂源混合、球磨、预烧结和烧结后得到所述正极材料(LNMC)合成的新方法产物。

所用到镍氧化物的或镍盐为Ni₂O₃、NiO、Ni(CH₃CO) ₂、Ni(OH)₂、NiCl₂、Ni(NO₃)₂、NiSO₄的一种；钴氧化物或钴盐为Co₃O₄、CoO、Co(CH₃COO)₂、CoCl₂、Co(NO₃)₂、CoSO₄的一种；锰氧化物或锰盐为MnO₂、Mn₃O₄、Mn(CH₃COO)₂、MnCl₂、Mn(NO₃)₂、MnSO₄的一种。锂源为Li(CH₃COO)、LiOH、LiCl、LiNO₃、Li₂CO₃的一种；沉淀剂为NaOH。 

反应控制温度为50～60 ℃；待沉淀完全后需陈化1～2 h；再收集沉淀物，进行清洗干燥得到前驱体；将得到的前驱体与过量5%～10%的锂源混合进行球磨（过量是为了弥补高温下锂盐的挥发损失）、预烧结、烧结和球磨得到最终产物。