[发明专利]一种橄榄型结构三元正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种橄榄型结构三元正极材料及其制备方法与应用，属于正极材料领域。该制备方法采用水热法和热处理工艺，获得橄榄型结构三元正极材料。该方法包括以下步骤：(1)将镍、钴及锰金属盐和尿素加入水溶剂中搅拌均匀后，移至鼓风干燥箱里水热反应，过滤、洗涤、干燥，获得碳酸盐前驱体；(2)将步骤(1)所得碳酸盐前驱体进行预烧结，获得前驱体氧化物粉末；(3)将步骤(2)所得氧化物粉末与适量的锂盐混合均匀，随后进行热处理，获得橄榄型结构三元正极材料。本发明方法工艺简单、操作便捷、储锂性能优异，具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于正极材料领域，涉及锂离子电池的三元正极材料，具体涉及一种橄榄型结构三元正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池由于其电压高、容量大、无记忆效应、长的循环寿命及环境友好性等优点，被广泛的应用在各种便携式电子设备领域和电动汽车及混合动力汽车领域。开发具有更高容量、能量密度、功率密度及更长的循环寿命和低成本的高能量密度锂离子电池迫在眉睫。高镍三元正极材料相对于传统钴酸锂具有更高的容量、低毒和成本低等优势备受广泛研究和应用。但其遭受严重的容量衰减、结构坍塌和循环稳定性差等问题严重制约它进一步应用。

为了解决上述问题，国内外研究学者们提出了表面包覆、晶格掺杂、核壳和浓度梯度结构设计等策略，有效提升了材料的电化学性能。本发明从形貌调控方面开展研究工作，提出了采用水热反应合成独特的橄榄型碳酸盐前驱体，随后经过热处理工艺制备橄榄型结构电极材料，这种独特结构有效地与电解液接触，缩短了离子扩散路径，从而提高倍率性能和锂离子扩散动力学。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种橄榄型结构三元正极材料及其制备方法与应用。该制备方法先在鼓风干燥箱中水热反应合成橄榄型结构前驱体，然后与锂盐均匀混合后经煅烧处理，获得橄榄型结构锂离子电池正极材料，是一种工艺简单、便于操作、适宜工业化生产橄榄型结构形态镍钴锰三元正极材料的制备方法。

为了实现上述发明目的采用如下的技术方案。

一种橄榄型结构三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将镍钴锰金属盐和尿素溶于水中，搅拌均匀，进行水热反应后，自然冷却至室温，将产物过滤、洗涤、干燥获得碳酸盐前驱体粉末；所述镍钴锰金属盐包括镍金属盐、钴金属盐和锰金属盐；

(2)将所述碳酸盐前驱体粉末进行预烧结，获得前驱体氧化物粉末；

(3)将所述前驱体氧化物粉末与锂盐混合均匀，进行热处理后，自然冷却，研磨，过筛获得橄榄型结构三元正极材料；

所述橄榄型结构三元正极材料的化学式为：LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂。

优选的，步骤(1)所述镍金属盐为乙酸镍；所述钴金属盐为乙酸钴；所述锰金属盐为乙酸锰。

优选的，步骤(1)所述水热反应的反应溶液中，尿素的浓度为0.1875～1.2mol/L；所述水热反应的温度为140～180℃。

优选的，步骤(3)所述前驱体氧化物粉末中Ni、Co、Mn的总摩尔量与锂盐中Li的摩尔量之比为1:1.05～1:1.2。

优选的，步骤(1)所述水热反应的反应溶液中，镍钴锰按化学计量比3:1:1配制浓度为0.125mol/L～0.2mol/L的溶液；所述水热反应中，反应釜填料比为60～80％，水热反应时间12～24h。

优选的，步骤(1)中所述干燥的温度60～80℃，干燥的时间8～36h。

优选的，步骤(2)所述预烧结过程中，对碳酸盐前驱体的预烧结温度为400～600℃，预烧结时间为6～12h。