[发明专利]一种冷冻结晶法制备镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料方法

说明书

本发明涉及锂电能源领域，提供一种冷冻法制备镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料的方法。包括以下步骤：通过分别配制添加剂溶液和Ni、Co、Mn、Li金属盐溶液，以一定速度加入到合适反应条件的冷冻结晶釜中；使得镍、钴、锰、锂溶液在冷冻结晶釜中沉淀；将悬浊液过滤，过滤液做为母液可以重新再冷冻结晶，将结晶物干燥，得到镍钴锰锂盐粉末；再经煅烧得到镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料。本发明所用冷冻结晶法可以通过影响镍、钴、锰、锂元素的结晶速度，可控制结晶的速度和大小，有利于调控合成材料的性质和性能，并且实现镍钴锰酸锂多种金属元素分布均匀、产品性能稳定；从而使本发明镍钴锰酸锂正极材料比目前市场上的镍钴锰酸锂正极材料性能优异。

技术领域

本发明涉及锂电能源制造领域，特别涉及一种冷冻法制备镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料的方法。

背景技术

随着通讯行业、电动汽车产业和数码产品行业的不断发展，人们对电池的需求日益增加，动力、储能电池应运而生。

钴酸锂材料作为第一代商品化的锂离子电池正极材料，还有许多不可取代的优势：材料的加工性能很好，密度高，材料的电压平台较高且比较稳定，是最成熟的正极材料，在短时间内，还有一定的优势。但是其存在的价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差等缺陷使得其必然在5到10 年内遭受被取代命运。

最有可能代替钴酸锂的是镍钴锰酸锂正极材料，因为随着新能源领域的快速发展，其对电池容量的要求也越来越高，必然推动高容量的镍钴锰酸锂三元材料的发展。镍钴锰酸锂材料是一种容量比较高的材料，其比容量比钴酸锂高出30%以上，而且和钴酸锂有相同的上下限电压，比较容易规模化利用，价格相对便宜。

目前镍钴锰三元LiNi_1-x-y Mn_xCo_y0₂正极材料的应用越来越广泛，但是也有不少问题。一、多种元素的均匀混合是个难题，国内外对这个问题进行了大量的研究，综合国外的文献报道如Kobayas在文献中表述用M(CH₃COO)₂•4H₂O(M= Co, Ni, Mn)作为原料，在500℃下空气气氛中预烧12小时，然后再与LiOH·H₂O混合压成块，1000℃高温下再焙烧24小时。该方法合成简单，但是也存在明显的缺点。二是目前镍钴锰酸锂正极材料都需要先合成出镍钴锰前驱体，然后加锂盐混合，再高温烧结成镍钴锰酸锂，工艺比较复杂，跟锂盐混合不均匀等不足。还有如中国专利03134689所述采用以锂的氧化物、氢氧化物或其盐和过渡金属Co、Ni、Mn的氧化物、氢氧化物或它们的盐为主原料，通过机械混合，然后在烧结炉中在900℃以上烧结成镍钴锰三元LiNi1-x-y MnxCoy02正极材料，这种合成出的产品中镍钴锰元素混合不均匀造成产品性能差，品质不稳定，能耗高。

发明内容

为了克服现有的镍钴锰酸锂电池材料制备方法中材料的多金属元素混合不均匀，工艺比较复杂等不足；本发明的目的在于提供一种冷冻法制备镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料的方法，该方法是在沉淀法的基础上进行改进，通过直接将镍钴锰锂等元素在液相条件下混合在一起；然后专门针对冷冻结晶的反应条件，进行控制，因此可以有效调控材料的物理性能，并解决现有技术中控制镍钴锰酸锂电池材料多种金属元素分布不均匀、产品性能不稳定等化学性能难题。

本发明的技术问题主要通过下述技术方案得以解决：

一种冷冻结晶法制备镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料方法，包括以下步骤：

（1）分别配制浓度为0.1～5mol/L的添加剂溶液，浓度为0.5～5mol/L的Ni金属盐溶液、Co金属盐溶液、Mn金属盐溶液和Li金属盐溶液；

（2）将步骤（1）配好的添加剂溶液以一定速度加入到合适反应条件的冷冻结晶釜中，调节pH值3～9之间；