[发明专利]包覆聚合铝的镍钴锰酸锂材料的制备方法

说明书

本发明涉及包覆聚合铝的镍钴锰酸锂材料的制备方法，其特征在于将聚合铝与镍钴锰酸锂材料混合，加入氨水制得前驱物，干燥后采用程序升温法或逐温区升温法制得具有层状α‑NaFeO₂结构且包覆聚合铝的镍钴锰酸锂材料。镍钴锰酸锂材料的镍：钴：锰离子摩尔比：(0.47～0.52):(0.15～0.25):(0.25～0.35)或(0.57～0.62):(0.15～0.25):(0.15～0.25)或(0.77～0.82):(0.05～0.15):(0.05～0.15)。本发明制备的样品的大电流放电和存放性能有明显的改善。

技术领域

本发明属于电池电极材料制备的技术领域,涉及一种可用于锂电池、锂离子电池、聚合物电池和超级电容器的镍钴锰酸锂材料的制备方法。

技术背景

锂离子电池具有电压高、重量轻、循环寿命长、无记忆效应、安全性好等优点，可广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等数码产品和电动车、混合电动车等动力工具。锂离子电池包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液和集流体等。其中，正极材料是制约锂离子电池整体性能及成本的关键。已经商业化的正极材料有锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂等。1997年，Ohzuku和Makimura [ Ohzuku T， Makimura Y. ， Chem. Let.， 2001， (7): 642-643.]率先报道了LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂型层状镍钴锰酸锂材料。接着组成为LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂等的镍钴锰酸锂材料也被发明出来。这种材料LiNi_xCo_yMn_zO₂兼具LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂的优点，有明显的协同效应。材料各元素的化学计量比及分布是影响性能的关键因素。用于合成镍钴锰酸锂材料的方法有高温固相法、共沉淀法、喷雾干燥法、水热法、溶胶凝胶法等。其中，共沉淀法是制备镍钴锰酸锂材料的主要方法。

共沉淀法是在多种阳离子的混合溶液中加入沉淀剂和络合剂，控制沉淀的成核和生长过程，获得可控制形貌与粒径的共沉淀。将制备的共沉淀再经过滤、干燥等操作制得前驱体。将此前驱体与锂盐混合，再用高温烧结法制得正极材料。该合成方法的重现性好，制备产物的组成均匀。可通过控制沉淀过程的搅拌速度、pH值、陈化温度、沉淀剂、沉淀剂滴加速度、氨水与金属离子的比例等方法控制共沉淀产物的形貌与粒径，解决固相合成法混料不均和粒径分布过宽等问题。共沉淀法分为氢氧化物和碳酸盐共沉淀法。具体来说，用氢氧化物或碳酸盐沉淀剂将过渡金属离子形成前躯体沉淀，再与锂盐混合，最后烧结制得镍钴锰酸锂材料。氢氧化物共沉淀法是合成镍钴锰酸锂材料前躯体常用方法。这种方法一般以NaOH作为沉淀剂，氨水作为络合剂，用沉淀剂控制反应过程的pH值，通过控制反应温度和搅拌速度实现控制前躯体粒径和形貌的目的，最终优化镍钴锰酸锂材料的电化学性能。在制备过程中，由于生成的中间产物Mn(OH)₂不稳定，容易被空气氧化，影响材料的性能，因此，制备前躯体过程需要通入氮气进行保护。氢氧化物共沉淀法的优点是可以控制粒径均匀的前躯体；缺点是制备工艺复杂。共沉淀法分为氢氧化物和碳酸盐共沉淀法。