[发明专利]一种高密度锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法及专用焙烧炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是涉及一种高密度锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法及专用焙烧炉。 

背景技术

当今社会，便携式电子设备，比如相机、手机、笔记本，特别市平板电脑等等，已经引领了当今社会的潮流，也成了当今社会的主流。现在几乎每个人都会有几个便携式电子设备，而这一切都和锂离子电池的发展密不可分。特别是近二十多年来，随着锂离子电池的发展，使电子设备单次充电使用时间得到很大的延长。锂离子电池和其他二次电池相比具有能量密度高，电压高，环境污染小，自放电率小，循环寿命长，使用温度广泛，价格低廉等优点。由于能量密度高，锂离子电池目前正在被研究用于交通工具上动力锂电池，包括混合动力汽车和纯电动车。 

锂离子电池的组成主要包括正极、隔膜、电解液、负极和外壳等几部分，由于目前负极材料主要采用电位比较低，容量比较高的石墨材料，并且价格也相对比较低。所以正极材料研究是锂离子电池研究的关键之一 。 

目前商业上使用的锂离子电池正极材料主要分为三类，它们各有优缺点。橄榄石结构的磷酸锂盐LiMPO4（M可以是铁、锰、钒等），其中磷酸亚铁锂电池是目前已经商用的锂离子电池，主要用于电动自行车、电动汽车等电动交通工具和大规模储能上。这都依赖于它质量比能量高，倍率性能好，价格低廉，无污染等优点。但是由于它本身振实密度低，再加上碳包覆后尤为明显，这就限制了它在便携式电子产品上得应用。尖晶石结构的LiM₂O₄（M可以是钴、镍、锰等），其中锰酸锂价格低廉，生产工艺简易，安全性高，非常适用于大型动力电池。但是它在使用过程中容量衰减很快，特别是高温下循环性能很差。层状结构的锂盐LiMO₂（M可以是镍、钴、锰等），其中钴酸锂商用较早，并且市场占有率最大的锂离子电池正极材料，它生产工艺简单，电池制备工艺成熟。但是钴资源稀缺，价格高，毒性较大，钴酸锂电池安全性差。 

新型正极材料三元复合材料镍钴锰酸锂一经提出就成了研究人员关注的焦点，它集合了LiNiO₂、LiCoO₂、LiMnO₂ 三种材料的优点，价格便宜、比容量高、循环性能好、结构温度、安全性好、振实密度高，是比较理想的正极材料。材料本身，Ni为+2价，Co为+3价，Mn为+4价。充电过程中Ni²⁺变为Ni³⁺，Ni³⁺变为Ni⁴⁺，Co³⁺变为Co⁴⁺，Mn⁴⁺不变，Ni和Co提供容量，Mn起稳定结构作用。 

高温固相法是最常用的工业制备方法，生产工艺简单，成本低。比如有人选用氧化镍，二氧化锰和四氧化三钴为初始原料，经过机械混合后，再加入锂源二次混合后，经固相烧结得到镍钴锰酸锂正极材料。然而采用单一的物理机械混合方式，必然导致材料的不均匀性，很难得到无杂相的材料，颗粒和相貌也很难均一，材料的容量也衰减的很快。 

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种高密度锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其主要是解决现有技术所存在的采用单一的物理机械混合方式，必然导致材料的不均匀性，很难得到无杂相的材料，颗粒和相貌也很难均一，材料的容量也衰减的很快等的技术问题。 

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的： 

本发明的一种高密度锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于所述的方法包括：

a．配制NH⁴⁺浓度为0.3～8mol/L的铵盐水溶液A；配制浓度为0.5～8mol/L的碱性溶液B；配制摩尔比为配制摩尔比为Ni：Co：Mn=1：1：1或者x：y：1-x-y，其中x+y=1，并且总金属离子浓度为0.8～2mol/L镍钴锰混合金属离子混合水溶液C；

b．先在反应釜里加入3L～8L的B，然后再按照摩尔比为NH⁴⁺/（Ni+Co+Mn）=2～7：1匀速加入A和C，再以一定速度加入B来使反应溶液的pH值控制在7～13 ，反应结束后充分陈化，并且控制搅拌速度来控制粒径的大小，最后将沉淀洗涤烘干即得到多元复合材料前躯体；

这样得到的前躯体可以使金属离子在原子级别按照预定的摩尔比例通过化学键的方式结合，而不是简单的物理混合，这就为制备稳定的多元复合正极材料奠定了基础。