[发明专利]一种熔盐法制备的锂离子电池三元正极材料NCM811及其制备方法

说明书

本发明公开一种熔盐法制备的锂离子电池三元正极材料NCM811及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将镍源、钴源和锰源混合，得到混合物A；将锂源和熔盐混合，得到混合物B；将所得混合物A和混合物B混合，预处理后经梯度下焙烧反应，反应结束后冷却，得到块状物体；块状物体进行研磨洗涤烘干处理，得到NCM811正极材料；本发明采用熔融盐作为反应介质，通过调控反应温度以及镍钴锰种类和用量，制得具有良好循环性能，及高倍率性能的NCM811正极材料，制得具有亚微米尺寸的NCM811正极材料，在保证材料晶粒完整性和均匀性的同时，可以满足锂离子的扩散要求；并且，本发明制备方法工艺简单，生产成本低，节能高效。

技术领域

本发明属于电池材料制备领域，涉及一种熔盐法制备的锂离子电池三元正极材料NCM811及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的正极材料主要包括层状的钴酸锂(LiCoO₂)、尖晶石的锰酸锂(LiMn₂O₄)、橄榄石的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)以及三元镍钴锰系(NCM)及镍钴铝系(NCA)等。三元正极材料综合了LiCoO₂的稳定性、LiMnO₂的低成本性以及LiNO₂的高容量性，具有比能量高、成本低、循环性低、安全性能好，毒性低等优点。

LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)目前已在动力和储能两大领域得到了基本的应用，但由于其阳离子混排严重，并且富镍材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂在脱锂状态时结构容易发生改变，使容量降低。其应用仍受到了一定的限制，尤其是在动力领域。随着动力电池对高安全性、高能量密度、高功率密度及长寿命的要求，对进一步改善LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的各项性质就显得格外重要。针对LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂用作锂离子电池正极材料自身的缺陷，科研工作者们通常采用离子掺杂、制作为富镍梯度材料以及碳包覆等手段来改善其电化学性能。

目前，LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料的制备方法很多，包括了喷雾热解法、共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法和高温固相法等，而如今工业化生产主要采用高温固相法合成。该方法虽然工艺过程简单，但固相化合物混合难以均一化，合成时间长，能耗大，效率低，颗粒大且已混入杂质，批次稳定性较差。

熔盐法以其工艺简单，反应时间短等特点正引起广泛关注。合成这些含锂正极材料，一般采用的是如LiCl、LiF、LiCO₃、LiOH或LiNO₃等锂盐，它们既作为溶剂又为目标产物提供锂源。熔盐的主要作用是在整个反应过程中充当“溶剂”和扩散介质的作用。反应原料一般在所选择的盐中有一定的溶解度，因此可以使反应物在液相中实现原子尺度的接触；另外，反应物在熔盐中具有更大的扩散速率，如熔盐中的离子迁移速率为1×10^-5～1×10^-8cm²/s，而在固相中仅为1×10^-8cm²/s，这两种效应可以实现在较短时间及较低温度下发生反应。

杜科等人(杜柯，其鲁，胡国荣，彭忠东.无机化学学报，2006(05):867-871)采用熔盐法合成了循环性能优良的LiMn₂O₄，前100次的容量平均衰减率在0.05％左右；倍率性能亦非常优秀，8C放电时的容量为1C放电容量的93％以上。