[发明专利]一种多孔空心球形三元正极材料的超声雾化制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种多孔空心球形三元正极材料的超声雾化制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。

技术背景

锂离子电池是一种优越的电池体系，具有工作电压高、能量密度高、无污染和循环性能好等优点，广泛应用于便携式数码设备、电动工具和武装设备等移动电子终端设备领域，在电动车方面也具有广阔的发展前景，被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。

层状三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)是LiCoO₂/LiNiO₂/LiMnO₂的三相固溶体，存在明显的三元协同效应，具有比容量高、放电电压平台高、循环性能稳定、成本低廉和安全性能较好等优点，是一种很有应用前景的下一代动力锂离子电池正极材料。高温固相法是合成三元材料的重要工艺路线，主要通过机械混合原材料后再高温煅烧得到最终产物，具有设备和工艺简单、合成条件易控制和能大规模生产的优点。但是高温固相法合成三元材料很难实现三种过渡金属离子在原子级别的混合,材料粒径难以均勻，且容易引入杂质，导致材料在充放电过程容量衰减较为严重。

发明内容

为了解决高温固相法合成三元材料工艺中所存在的上述问题，本发明提供一种多孔空心球形三元正极材料的制备方法，解决了固相法合成中物料混合不均勻，产品粒径一致性差的弊端，得到结晶度高的纳米级三元正极材料。

为实现本发明的目的采用的技术方案是：

1、分别将可溶性Li、Ni、Co、Mn的化合物按1～1.2：x：y：z摩尔比溶于去离子水，充分搅拌得到澄清的混合溶液，其中0≤x≤0.8,0≤y≤0.6,0.2≤ z≤0.6,x+y+z＝1；

2、在混合溶液中加入金属离子鳌合剤并搅拌3～6小时，之后用氨水或乙二胺调节上述溶液的PH值，PH值范围是5～7。

3、将混合溶液放置于温度为40～70℃的水浴锅中继续搅拌并回流，搅拌8～20 小时后得到用于雾化的前驱体溶液。

4、可溶性Li化合物为醋酸锂、硝酸锂和硫酸锂一种。

可溶性Ni化合物为醋酸镍、硝酸镍和硫酸镍一种。

可溶性Co化合物为醋酸钴、硝酸钴和硫酸钴一种。

可溶性Mn化合物为醋酸锰、硝酸锰和硫酸锰一种。

所述的金属离子鳌合剤为指柠檬酸、酒石酸的一种，金属离子鳌合剂的用量为混合溶液中所有金属离子物质的量总和的2.5～4倍。

5、用超声雾化器将得到的前驱体溶液雾化成小雾滴，利用抽真空系统让小雾滴通过石英管式炉或刚玉管式炉，雾滴通过管式炉的速度为0.5～3cm/s，小雾滴干燥后成为前驱体粉末，用粉末收集器收集前驱液粉末，即球形三元前驱体粉末。

所述的超声雾化器的震荡频率为1.7MHz或2.4MHz。

所述的雾化器雾化量为0.1ml/min～10ml/min。

所述的管式炉温度为400～800℃区间的某一个温度。

6、将收集到的三元前驱体粉末置于马弗炉或气氛炉中，在空气或氧气氛围下分两步煅烧：

①第一阶段：烧结温度为450～600℃，从室温升到烧结温度的升温速率为 1～5℃/分钟，煅烧时间为3～8小时；

②第二阶段：煅烧温度为750～900℃，从烧结温度升到煅烧温度的升温速率为2～10℃/分钟，煅烧时间为6～36小时；烧结完毕后随炉降温至室温，得到本发明所述的多孔空心球形三元正极材料 LiNi_xCo_yMn_zO₂。

7、三元材料前驱体粉末的制备系统

系统包括三个部分：超声雾化系统、雾滴固化区和前驱体粉末收集系统。

①超声雾化系统

超声雾化系统的震荡频率1.7MHz或2.4MHz，最大雾化率20mL/min，雾化头2～12个，利用抽真空系统将雾滴带入到雾滴固化区(高温管式炉)；

②雾滴固化区

由石英管或刚玉管构成的腔体，腔体直径3～8cm，加热温区长度40～120cm，加热温度500～800℃；