[发明专利]一种锂电池微纳米正极材料的制备方法

说明书

本发明为一种锂电池微纳米正极材料的制备方法。一种锂电池微纳米正极材料的制备方法，包括：(1)制备混合盐溶液；(2)制备碱溶液；(3)在10‑80℃下，将混合盐溶液和碱溶液注入微通道反应器进行反应，再通过陈化管式反应器流入陈化罐常压搅拌陈化2‑10h，得共沉淀反应混合物；(4)将沉淀反应混合物固液分离后，洗涤，干燥，得前驱体；(5)根据前驱体中锂盐的含量，对前驱体进行处理，再高温固化反应，得所述的锂电池微纳米正极材料。本发明所述的一种锂电池微纳米正极材料的制备方法，该制备方法基于微通道反应器，可连续制备锂电池正极材料前驱体微纳米粒子，条件温和、采用水相体系、工艺简单、锂电池正极材料前驱体形貌可控、过程连续。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种锂电池微纳米正极材料的制备方法。

背景技术

三元材料的高镍化是未来新能源电池发展的必然方向。我国动力电池目前仍主要生产NCM111、NCM523电池，现逐渐转向NCM622、811或NCA。这样的发展趋势是因为在三元材料中，Ni和Co是主要的活性材料，Ni占比不断提升会提高材料的比容量，满足电池能量密度不断提高的要求。

三元材料专利掌握在日韩手中。根据中国产业信息网的信息，三元NCM的基础专利由美国3M公司持有，3M公司并不涉及三元材料的生产，而是通过转让授权专利的方式来获取利润，其中LG、SK、优美科都曾向3M购买三元材料专利授权。NCA的主要专利掌握在日本松下和住友手中，专利限制在全球有效。目前三元材料的相关专利主要集中在日韩手中，排名前三的分别是丰田、索尼和东芝，而这些专利技术壁垒阻碍了我国三元材料的厂商很难进入国际大厂，通过改性添加以及改良生产工艺等手段已经成为我国正极材料企业避免专利诉讼的常用手段。

综合LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂三种锂离子电池正极材料的优点，三元材料的性能好于以上任一单一组分正极材料，存在明显的协同效应，被认为是最有应用前景的新型正极材料。目前，镍钴锰三元正极材料的研究主要集中在材料的合成以及电化学性能与结构的关系上。

在实际电池中，正极材料颗粒的形貌、粒径分布、比表面积及振实密度等物性特征对材料的加工性能及电池的综合电性能影响很大，为了拓宽锂离子电池的应用范围，尤其是将三元材料应用于对安全性、循环性以及倍率特性要求苛刻的动力电池上，高密度、粒径分布均匀的球形三元材料的制备已经成为研究的热点，而如何在保证其电化学性能的前提下提高其振实密度则是三元材料走向大规模应用的关键。

三元材料主要的制备方法大致分为固相法和溶液法。固相法有高温固相法和乙酸盐燃烧法。溶液法主要包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、喷雾热解法等。不同的合成方法对所制备的三元材料的性能有较大的影响。

传统的固相合成技术难以使材料达到分子或原子线度化学计量比混合，而采用共沉淀方法往往可以解决这一问题，从而达到较低的生产成本制备高质量材料的目的。

共沉淀法一般是把化学原料以溶液状态混合，并向溶液中加入适当的沉淀剂，使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学计量比共沉淀出来，或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产物，再把它煅烧分解制备出微细粉料的产品。共沉淀法具有如下四个特点：(1)工艺设备简单，沉淀期间可将合成和细化一道完成，有利于工业化生产；(2)可比较精确控制各组分含量，使不同组分之间实现分子/原子级的均匀混合；(3)在沉淀过程中，可以通过控制沉淀条件及下一步沉淀物的煅烧程度来控制所得粉体的纯度、颗粒大小、分散性和相组成；(4)与高温固相法相比，其样品煅烧温度较低、性能稳定、重现性好。

水热合成技术是指在高温高压的过饱和水溶液中进行化学合成的方法。它属于湿化学法合成的一种。利用水热法合成的粉末一般结晶度高，并且通过优化合成条件可以不含有任何结晶水，而且粉末的大小、均匀性、形状、成份可以得到严格的控制。水热合成省略了煅烧步骤，从而也省略了研磨的步骤，因此粉末的纯度高，晶体缺陷的密度降低。