[发明专利]微波烧结制备锰钴镍三元正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极活性物质的制备方法，特别是涉及一种微波烧结制备锂离子电池锰钴镍三元正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池因其输出电压高、比能量高、循环寿命长，并且自放电小、安全、无记忆效应等优点，已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点，其中正极材料是锂离子电池的关键。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是锂离子电池中成本最高的部分。

LiCoO₂作为目前商品化的锂离子电池正极材料，虽然其理论容量可高达274mAh/g，但实际容量仅有130～140mAh/g，且钴资源匮乏，价格昂贵，毒性较大。因此，寻找综合性能更佳的正极材料成为目前锂离子电池领域的研究热点问题。LiNiO₂和LiMn₂O₄被认为是LiCoO₂的极佳替代品，但是LiNiO₂合成条件苛刻、热稳定性差，LiMn₂O₄由于Jahn-Teller畸变效应和锰溶解致使电池循环寿命短、高温性能差且比容量偏低。综合考虑LiCoO₂良好的循环性能，LiNiO₂的高比容量和LiMn₂O₄的高安全性和低成本等特点，可组成含有镍、钴、锰三种元素协同的新型过渡金属嵌锂氧化物复合材料。在该复合材料中，Co能使锂离子的脱嵌更容易，提高材料的导电性和改善其充放电循环性能，但随Co的比例增加，材料的可逆嵌锂容量下降；Ni的存在有利于提高材料的可逆嵌锂容量，但过多Ni的存在会使材料的循环性能恶化；Mn的含量太高容易出现尖晶石相而破坏材料的层状结构。一般认为电极材料应具有单相、高纯、均一的颗粒和窄的尺寸分布以及大的比表面积。目前，具有Ni、Co、Mn三元素协同效应的功能材料备受国内外关注，其中LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂是一种性价比较高的材料。和LiCoO₂比较，三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂有相同的上下限电压，与电解液的相容性好，而且安全性也相对较好，成为近年来锂离子电池正极材料研究的热点，也是受广大电芯厂家所喜爱的正极材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中锂离子电池锰钴镍三元正极材料成本高、性能差的缺点，提供一种工艺简化、成本低、能耗低的三元正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的制备方法。

本发明的技术方案：

一种微波烧结制备锰钴镍三元正极材料的方法，包括以下步骤，

（1）将锂源化合物、钴源化合物、镍源化合物和锰源化合物按Li：Co：Ni：Mn为 1：0.3～0.33：0.3～0.33：0.3～0.33的摩尔比分别计量，然后将钴源化合物、镍源化合物和锰源化合物加入混料机或球磨机中混合均匀，得到混合物A；  

（2）以目标产物重量为基准，计量6～30%的可溶于水的碳源化合物和80～150%的纯净水，将碳源化合物加入纯净水中，搅拌均匀，得到碳源化合物水溶液；

（3）将所述锂源化合物加入所述碳源化合物水溶液中，搅拌均匀，得到混合物B；

（4）将混合物A和混合物B混合，搅拌均匀，得到膏状前驱体；

（5）将所述膏状前驱体置于非金属器皿中，经工业微波炉微波热处理，制备出三元正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂。

所述锂源化合物为氢氧化锂、碳酸锂或醋酸锂；所述钴源化合物为CoO或Co₂O₃；所述镍源化合物为氢氧化镍、三氧化二镍或硝酸镍；所述锰源化合物为二氧化锰。

所述可溶于水的碳源化合物为草酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、乳糖和麦芽糖中的一种，或它们的混合物。

所述非金属器皿为炭化硅坩埚、石墨坩埚、玻璃坩埚或纸质容器。

所述工业微波炉的功率为5～25KW，微波热处理是利用微波以每分钟4～12℃的速率升温至750～850℃，并在此温度保持20～55min。

本发明的有益效果：