[发明专利]高振实球形三元正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极活性材料的制备，尤其是高振实球形三元正极材料的制备方法。

背景技术

正极材料是锂离子电池的重要组成部分。在目前已产业化锂离子电池正极材料为LiCoO₂，研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，毒性较大，安全性能存在缺陷，尤其在过充条件下，材料不稳定，容易和电解液发生反应，应用领域受到较大影响；此外LiCoO₂只有一半锂能够可逆嵌脱，实际可逆容量为145mAh/g左右，限制锂离子电池容量提高，不能满足电动车电源等动力电源电池的需要，因此需寻找高性能低成本的新型材料。

在钴酸锂替代材料中，主要有LiFePO₄、LiMn₂O₄及LiNiO₂等，其中LiFePO₄具有优异热稳定性及循环性，但实际电容量低(<140mAh/g)、工作电压低(3.4V)、电子导电性差，大电流充放电性能差，限制电池能量密度；LiMn₂O₄成本低，安全性好，但循环性能尤其高危性能差，结构不稳定，引起显著的容量衰减；LiNiO₂成本低，容量高，但制备困难，材料性能的一致性和重现性差，存在严重安全问题，均难以满足商品化锂离子电池提高比容量及降低成本的要求。

目前，三元正极材料镍钴锰氧化物体系具有成本低、比容量高、电压平台高、抗过冲性能好、热稳定性优良等优点，而备受关注。研究表明该正极材料集中了LiCoO₂、LiMn₂O₄及LiNiO₂等材料的各自优点。

目前，合成三元正极材料方法主要为高温固相法，存在镍钴锰三种元素未能充分均匀混合，未能充分发挥各自作用，合成材料颗粒组成堆积密度低、比容量比钴酸锂低，阻碍了该材料的实际应用，因此提高三元正极材料的堆积密度和体积比容量对三元正极材料的实用化具有重要意义。锂离子正极材料堆积密度、形貌、粒径大小及分布、杂质含量与三元正极材料前躯体密切相关。目前国内报道的三元正极材料多是由无规则的片状或粒状颗粒形成，堆积密度低，主要受三元正极材料前躯体影响，提高前躯体的物化性能对提高三元正极材料性能尤为关键。本发明主要目的通过改善三元正极材料前躯体物化性能，达到提高三元正极材料的堆积密度、加工性能、循环性能和热稳定性能，更降低了三元材料的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种高振实球形三元正极材料的制备方法，能够降低成本、减小对环境的污染，同时提高三元正极材料加工性能、克服材料容量和稳定性缺陷。

一种高振实球形三元正极材料的制备方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

(1)首先合成出前躯体，具体是先将去离子水作为底液加入反应釜中，然后将镍盐、钴盐、锰盐的混合盐溶液和碱性水溶液及络合剂按体积比为15-20∶15-20∶1同时加入反应釜中，其中，镍盐、钴盐、锰盐及碱的配比按化学式Ni_xCo_yMn_z(OH)₂配制，式中0.3≤x≤1，0.1≤y≤0.5，0.1≤z≤0.5，并且x+y+z=1；然后采用控制结晶法，合成球形或类球形三元正极材料前躯体，该前躯体化学式为Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，其中0.3≤x≤1，0.1≤y≤0.5，0.1≤z≤0.5，并且x+y+z=1；

(2)加碱性水溶液调PH值在10～12，搅拌以进行表面处理，然后进行过滤，将过滤后的原料进行干燥制得三元正极材料最终的前躯体；

(3)将得到的最终的前躯体与碳酸锂按摩尔比为1∶(0.5～0.525)进行均匀混合烧结，烧结温度为550℃～680℃保持10h～16h，然后升温至800℃～900℃保持5h～10h，最后冷却，即得到振实密度≥2.90g/cm³的三元材料。

步骤(1)中的镍盐、锰盐、钴盐采用镍、锰、钴的硫酸盐、硝酸盐或氯化盐，并且在反应溶液中镍盐、锰盐、钴盐的浓度控制在1.0～3.0mol/L。

步骤(1)中络合剂采用二甲亚砜DMSO。

步骤(1)和(2)中碱性水溶液为NaOH、KOH和LiOH中的至少一种，并且碱性水溶液浓度为2～6mol/L。