[发明专利]一种添加碳源的微波加热溶液法制备三元正极材料的方法

说明书

本发明提供了一种添加碳源的微波加热溶液法制备三元正极材料的方法，所述三元正极材料为单晶结构，其化学式为LiNi_1‑x‑yCo_xMn_yO₂，1‑x‑y≥0.5，0x1，0y1，所述方法包括如下步骤：(1)将锂源、镍源、钴源、锰源溶于去离子水中，制得混合盐溶液；(2)将碳源加入所述混合盐溶液中并搅拌均匀，得到混合溶液；(3)将所述混合溶液置于微波加热器中，加热所述混合溶液使其分解，得到粉末状黑色蓬松的三元纳米氧化物前驱体；(4)将三元纳米氧化物前驱体进行热处理，得到所述三元正极材料。本发明所提供的溶液法制备三元正极材料的方法，所需时间短，能耗低，且制备的三元正极材料具有分散性好、压实密度高、循环性能好的优点。

技术领域

本发明涉及电池材料制备技术领域，具体地涉及一种添加碳源的微波加热溶液法制备三元正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环性能好等优点，已被广泛应用于数码电子产品、电动自行车、电动汽车等领域。锂离子电池的性能与成本在很大程度上取决于正极材料。目前量产的锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂等，其中镍钴锰酸锂(NCM)及其衍生物镍钴铝酸锂(NCA)、镍钴锰铝酸锂(NCMA)被统称为三元正极材料。

目前大规模合成三元正极材料的方法主要是采用镍钴锰氢氧化物前驱体混合锂盐高温固相反应，共沉淀法是用来合成前驱体最常用的方法，实际中不同种类阳离子的溶度积不同而不同时沉淀，化学计量比不容易精确控制，沉淀不完全的金属离子容易造成原料损失及环境污染，而沉淀要经过多次洗涤，工艺繁琐，耗水量大，污水处理成本高。

溶液法合成前驱体可以实现原子级的混合，理论上合成的材料化学计量比精确、金属元素分布均匀。通常溶液法合成是将可溶性的锂、镍、钴、锰等金属盐溶于溶剂中，同时添加络合剂，然后蒸干溶液得到溶胶凝胶，再加热凝胶促发自蔓延燃烧，得到三元正极前驱体，例如公开号为CN108574100A，CN 107403903B、CN104009221B、CN 104934593B的专利，均公开了采用溶液合成法制备三元正极前驱体，采用葡萄糖、柠檬酸、乙二醇、乙二胺四乙酸或者尿素等作为燃料，通过传统窑炉或者微波加热引起自蔓延剧烈燃烧，燃烧过程的温度难以控制，难以获得目标材料的最优性能。此外，过渡金属的可溶性盐对微波的吸收能力较弱，特别是如果溶液法中不添加含碳氢可燃化合物，采用微波加热，难以达到过渡金属的可溶性盐的分解温度。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种添加碳源的微波加热溶液法制备三元正极材料的方法，所述三元正极材料为单晶结构，其化学式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，1-x-y≥0.5，0x1，0y1，所述方法包括如下步骤：

(1)将锂源、镍源、钴源、锰源按上述化学式的摩尔比溶解于去离子水中，制得混合盐溶液；

(2)将碳源加入所述混合盐溶液中并搅拌均匀，得到混合溶液，碳源作为微波吸收介质；

(3)将所述混合溶液置于微波加热器中进行微波加热处理，得到粉末状黑色蓬松的三元纳米氧化物前驱体；

(4)将所述三元纳米氧化物前驱体进行热处理，得到所述三元正极材料。

进一步地，步骤(1)中，所述锂源为硝酸锂或氯化锂，所述镍源为硝酸镍或氯化镍，所述钴源为硝酸钴或氯化钴，所述锰源为硝酸锰或氯化锰。

进一步地，步骤(1)中，所述锂源的摩尔量为所述镍源、钴源、锰源摩尔量之和的1～1.2倍，所述混合盐溶液中金属离子的浓度为0.5～5mol/L。

进一步地，步骤(2)中，所述碳源为活性碳、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的一种。