[发明专利]一种三元正极材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于电化学领域，尤其涉及一种亚微米级镍钴锰三元正极材料的制备方法。 

背景技术

三元正极材料是一种具有钴、镍、锰三元协同效应的复合材料：Co能稳定层状结构，抑制阳离子重排；Ni有助于提高材料的嵌锂容量；Mn能大幅度降低成本，且能有效的改善材料的安全性能。材料的综合性能优异，所组装的锂离子电池具有容量高、工作电压高及热稳定性能优异等特点。

用来制备三元材料的锰盐、钴盐一般均为+2价，低于产品中+4、+3的化合价，因此，制备镍钴锰三元正极材料时，一般需要在350～450℃进行低温焙烧，以将含有锰（II）和钴(II)的原料分解，并将锰、钴离子氧化到较高价态。专利《一种球形镍钴锰酸锂材料的制备方法》（专利号ZL200710034318.1，公告号CN101229928，公告日2008.07.30），公开了以碳酸盐共沉淀制备三元材料镍钴锰锂的方法，其烧制过程中包括两步的烧制过程，即镍钴锰碳酸盐共沉淀的350～450℃低温烧制过程和混入锂源后的再次950℃左右高温烧制过程。

直接以高价锰盐（如Mn₃O₄或MnO₂）、钴盐为原料，采用固相法制备镍钴锰三元正极材料，虽然保证了锰、钴离子较高的氧化态，但原料间不易进行均匀混样，影响了产品的批次稳定性及性能均一性。 

发明内容

本发明的目的在于提供制备时间短、工艺简单的一种三元正极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种三元正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

A.将锂盐、镍盐、锰盐和钴盐按照摩尔比1：1/3：1/3：1/3溶于醇类化合物溶剂中，使混合液中锂离子浓度为0.1 ～1.0 mol/L；

B.充分搅拌，持续通入空气或氧气，将浓氨水或者氨气加入到所述混合液中，所述氨水或氨气中所含氨摩尔量与锂盐摩尔量的比为3:1～30:1，得到含高价锰和高价钴的黑色溶液；

C.持续通入空气，将所述黑色溶液升温至80～120℃，直至得到凝胶状的黑色物质；

D.所述黑色物质放置在高温炉中，于800～950℃焙烧6～24 h，即得到三元正极材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的亚微米级颗粒。

所述步骤A中锂盐、镍盐、锰盐和钴盐的摩尔比为1：0.4：0.4：0.2，经所述步骤D得到三元正极材料LiNi_0.4Mn_0.4Co_0.2O₂的亚微米级颗粒。

所述步骤A中锂盐、镍盐、锰盐和钴盐的摩尔比为1：0.5：0.3：0.2，经所述步骤D得到三元正极材料LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂的亚微米级颗粒。

所述步骤A中锂盐、镍盐、锰盐和钴盐的摩尔比为1：0.7：0.15：0.15，经所述步骤D得到三元正极材料LiNi_0.7Mn_0.15Co_0.15O₂的亚微米级颗粒。

所述步骤A中的锂盐为硝酸锂、乙酸锂或带结晶水的乙酸锂。

所述步骤A中的锰盐为乙酸锰或带结晶水的乙酸锰。

所述步骤A中的镍盐为硝酸镍、带结晶水的硝酸镍、乙酸镍或带结晶水的乙酸镍。

所述步骤A中的钴盐为硝酸钴、带结晶水的硝酸钴、乙酸钴或带结晶水的乙酸钴。

所述步骤A中的醇类化合物溶剂为甲醇、乙醇或两者混合物，其质量百分比浓度浓度为80～99.9 %。

采用本发明提供的电池三元正极材料的制备方法，具有以下优点：

1.由于本发明在前躯体的制备过程中，对锰离子和钴离子进行了预氧化，提高了前驱体中锰离子和钴离子的氧化态，这样最终所得前躯体中已经有高氧化态锰元素和钴元素的存在，不需要在350～450℃条件下进行低温氧化，因此可以大大缩短产品的制备时间。

2.本发明采用溶胶凝胶法制备前驱体材料，严格保证了锰、钴、镍、锂金属离子的化学计量比和它们之间的混合均匀程度。