[发明专利]一种锂离子电池正极三元材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极三元材料及制备方法。

背景技术

目前，化学电源越来越受到人们的重视，尤其是锂离子电池，因其高比容量、高比功率、长寿命、对环境友好的特点，成为人们关注的焦点。在锂离子电池中，正极材料是其核心，是绝对锂离子电池电化学性能、安全性能及其进一步发展的主要因素。

目前商业上使用的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料，其中钴的价格昂贵且对环境有害；锰酸锂充放电过程中容量衰减严重；磷酸铁锂低温性能差。针对上述不足，三元材料成为最优选择。但三元材料加工性能差，稳定性不如人意，因此对三元材料进行改性，引起了越来越广泛的关注。

现有技术中对三元材料的改性主要有掺杂和包覆，通过掺杂或包覆能提高材料的导电性和稳定性，从而提高电池的电化学性能，常见的三元材料制备方法有高温固相法、溶胶凝胶法和喷雾干燥法，上述方法中高温固相法操作简单，但所得产品纯度低，一般钠的含量超标，严重影响材料的性能；溶胶凝胶法和喷雾干燥法所制备的材料粒径均匀，纯度很高，但是操作工序复杂，极难实现大规模生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极三元材料及制备方法，通过该制备方法制取掺杂少量镥的锂离子电池正极三元材料，提高了锂离子电池正极三元材料的导电性能，且操作简单，便于大规模工业生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种锂离子电池正极三元材料，所述三元材料的化学通式为：

Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3-xLu_x]O₂，其中0<x≤0.01；

所述三元材料具体是将可溶性锂、镍、钴、锰以及镥盐配成溶液，与一定浓度的氢氧化钠和氨水泵入反应釜体；通过控制温度和pH值得到所述三元材料的前驱体，然后将该前驱体与锂源混合煅烧而成。

一种锂离子电池正极三元材料的制备方法，所述制备方法包括：

(1)将可溶性的镍盐、可溶性的钴盐、可溶性锰盐以及可溶性的镥盐按照化学计量比1/3：1/3：1/3-x：x称量，溶于一定量的去离子水中，配置成混合溶液A，其中0<x≤0.01；

(2)配置一定比例的氢氧化钠溶液B以及一定浓度范围内的氨水溶液C；

(3)将上述步骤(1)和(2)配置的溶液A、B和C用蠕动泵按照一定速率加入反应釜中；

(4)精确控制釜体温度和pH值，并将上述步骤(3)进行10h；

(5)停止上述步骤(4)，并陈化10h；

(6)取出通过上述步骤(5)所得的溶液，过滤后用去离子水洗涤3次，得到滤饼；

(7)将上述步骤(6)所得的滤饼在70℃下烘干，得到掺杂三元前驱体；

(8)将所述掺杂三元前驱体与锂源按一定比例混合，比例范围为1：1.0～1：1.10，充分研磨、混合后再转移至马弗炉中400-500℃下预烧结4-6h，预烧时升温速率为2-20℃/s；

（9）随后在700-900℃下二次烧结10-15h，升温速率为2-20℃/s，并自然冷却至室温；

(10)将上述步骤(9)所得产物研磨，得到掺杂少量镥的锂离子电池正极三元材料。

所述可溶性镍盐包括硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍的一种或几种；

所述可溶性钴盐包括硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴的一种或几种；

所述可溶性锰盐包括硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰的一种或几种；

所述可溶性镥盐包括硝酸镥、硫酸镥的一种；

所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂的一种或几种。

所述步骤(2)中所配置的氢氧化钠溶液B与所述步骤(1)中盐的总浓度的比例为1：1—6：1。

所述步骤(4)中釜体温度控制为40-60℃，釜体pH值控制为10.0-11.0。

所述步骤(4)中釜体的总氨浓度为0.1-0.5mol/L。