[发明专利]一种水热合成制备镍基层状结构三元正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料制造方法，特别是涉及一种水热合成制备镍基层状结构LiNi₅Co₃Mn₂O₂三元正极材料的方法。

背景技术

 锂离子电池具有循环寿命长、比容量大、放电电压平稳及无记忆效应等优点，使其广泛应用于可移动便携式电子产品领域如移动电话、笔记本电脑等。近年来，随着新能源产业发展的需求，新型锂电材料发展很快，而正极材料是锂离子电池中的成本比例最高的部分，尤其是在锂离子动力电池中具有竞争力的Ni、Co、Mn系三元材料，其综合了LiNiO₂、LiMnO₂和LiCoO₂的优点：循环使用寿命长、安全性好、成本低、容量高。

商品化的三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂理论容量达278mAh/g，制备的全电池实际放电量在160～170mAh/g，高于产业化的LiCoO₂（145～150mAh/g），LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂和LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂与LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂相比具有更高的镍含量，可以使材料的克容量发挥到更高水平，提高电池的体积能量密度。目前研究制备的三元材料锂电池证明：其低温特性、功率特性以及高温储存性优于磷酸铁锂电池、钴酸锂电池等电池，因此通过调整三元材料中镍、钴、锰的比例，可以制备出综合性能优异的正极材料，随着我国新能源汽车的发展趋势，三元材料运用于动力锂电池制造也将突显其优势。

发明内容

为进一步提高三元正极材料实际比容量、循环性能、导电性等，本发明提供一种水热合成制备镍基层状结构LiNi₅Co₃Mn₂O₂三元正极材料的方法。

本发明利用草酸盐中草酸根所具备的络合性与镍钴锰三元络合共沉淀制备前驱体，与氢氧化物共沉淀法相比，不需要另外加入络合剂如氨水，具有三元比例可调节性强、共沉淀完全等优点。

本发明涉及到的技术方案如下：

（1）将镍盐、钴盐、锰盐按Ni:Co:Mn物质的摩尔比5:3:2混合，加入去离子水与醇类的混合液，搅拌溶解，溶液中金属离子浓度为0.2～1.2mol/L，制成三元混合料液；同样将可溶性草酸盐溶于去离子水与醇类的混合液，加热完全溶解即可，溶液中草酸盐浓度为0.2～1.5mol/L，上述去离子水与醇类混合液中醇类的体积占混合液的0%～15%。

  上述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种，钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的至少一种，锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的至少一种，所述醇类为丙醇、异丙醇、异丁醇中的至少一种。

上述可溶性草酸盐为草酸铵、草酸钠、草酸钾中的至少一种。

（2）待草酸盐完全溶解后，将其迅速倒入三元混合料液中，或将三元混合料液迅速倒入草酸盐溶液中，草酸盐溶液与三元混合液的体积比为1:6～6:1，并搅拌5～15分钟后，转移到反应釜中，温度由室温升至90℃～140℃条件下保温反应0.5～12h。

（3）将上述反应釜中混合物陈化1～24h后，进行固液分离，用去离子水洗涤至检测洗涤滤液中不含Cl^-或SO₄^2-，将过滤物置于烘箱中，85℃～100℃中干燥5～24h。

（4）将上述烘干物配入锂盐混合研磨或压实，配锂量Li:（Ni+Co+Mn）的摩尔比为1～1.2，将研磨混合物或经5MPa～8MPa压实后混合物置马弗炉中，空气氛围下进行高温固相反应，烧结制度为：先2h～3h升温到400℃～650℃下高温固相2～12h，再2h～3h升温到750℃～1000℃，固相烧结1～24h小时，最后冷却到室温，得到本发明所述的一种镍基层状结构LiNi₅Co₃Mn₂O₂三元正极材料。