[发明专利]一种三元正极材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种三元正极材料的制备方法。

【背景技术】

在合成锂电池电极材料时，若原料或合成方法不同，所制备的电极材料的形貌、粒径分布以及晶体结构参数均会不同，因而其电性能发挥各不相同。

目前，制备锂电池三元正极材料(LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂或LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂)有多种方法，例如高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、燃烧法、喷雾干燥法及溶剂热(包含水热)合成法。高温固相法，虽然工艺简单，但是原料研磨混合时，耗时长且混合均匀度有限，产品在组成、结构、粒度分布等方面存在较大的差异，材料电化学性能不易控制；共沉淀法，虽然金属离子能在水中混合均匀，但是在制备粉体时容易团聚，需要对粉体制备的全过程进行严格的控制；溶胶-凝胶法，该方法制备的三元材料均匀性好，纯度高，但是耗费有机溶剂较多，成本高；燃烧法和喷雾干燥法都需要经过高温烧结过程，通常在800℃以上，长时间高温烧结会存在Li离子和Ni离子的错位以及杂质相Li₂MnO₃的出现，不利于生成化学计量和高纯度的产物。

鉴于此，实有必要提供一种新型的三元正极材料的制备方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种能够避免组分挥发、形貌良好、具有较大的比表面积、能够与电解液充分接触、浓差极化小、电化学性能稳定的三元正极材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：室温下，将水与有机溶剂按照体积比为1：(0.7～1.4)配置成有机溶液，将所配置的有机溶液加入到高压反应釜中，加入镍源、钴源、锰源以及锂源，继续加入金属离子络合剂，搅拌0.5-3h，得到混合均匀的溶液；

步骤二：向步骤一制得的溶液中加入沉淀剂，搅拌0.5～3h，充分溶解后，进行溶剂热反应，溶剂热反应温度为150-250℃，反应时间为2～36h，冷却至室温，制得混合液；

步骤三：将步骤二制得的混合液过滤，得到沉淀，用无水乙醇和蒸馏水对沉淀进行交替洗涤3～5次，干燥1～24h，得到前驱体材料；

步骤四：将步骤三得到的前驱体材料进行煅烧，得到最终的三元正极材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中0﹤x﹤1，0﹤y﹤1。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中金属离子络合剂的量与镍源、钴源、锰源以及锂源的总金属离子量的摩尔比为(1.1～1.5)：1。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的有机溶剂为二甘醇、三甘醇、乙二醇、聚乙二醇中的一种或几种。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的镍源为乙酸镍、氯化镍、硝酸镍、硫酸镍中的一种或几种；所述步骤一中的钴源为乙酸钴、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或几种；所述步骤一中的锰源为乙酸锰、氯化锰、硝酸锰、硫酸锰中的一种或几种；所述步骤一中的锂源为乙酸锂、硝酸锂、柠檬酸锂中的一种或几种。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的金属络合剂为乙二胺四乙酸二钠或氨水。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中的沉淀剂为尿素或六次甲基四胺。

在一个优选实施方式中，所述步骤四中的煅烧温度为600～950℃，煅烧时间为4～16h。

相比于现有技术，本发明提供的三元正极材料的制备方法，利用溶剂热合成法，制备出一种片层堆积花状结构的三元正极材料，所制备的三元正极材料具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，均匀性好且纯度高，应用本发明制得的三元正极材料组装的电池电化学性能好，比容量高，循环性能优异。

【附图说明】

图1为本发明提供的实施例3所制备的三元正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的X射线衍射图谱；

图2为本发明提供的实施例3所制备的三元正极材料的SEM图；

图3为本发明提供的实施例3所制备的三元正极材料组装成电池后的循环性能图。

【具体实施方式】