[发明专利]一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料的电量、电压等性能是影响电池能量密度、安全性能以及循环寿命的关键因素。目前，市场上已经商业化的锂离子电池正极材料LiCoO₂、LiFePO₄的容量分别为140mAh/g、160mAh/g，因此开发高容量的锂离子电池正极材料成为了迫切的需要。自美国阿贡国家实验室于2001年申请了富锂层状正极材料专利以来，该种材料凭借其高比容量（大于200mAh/g），优异的循环性能，成本较低（钴元素含量低），环境友好等优点得到了广泛关注，并且具有良好的发展前景。

锂离子电池富锂三元正极材料，如Li_1.2Ni_0.175Co_0.1Mn_0.525O₂，Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂等，最常用的制备方法是固相反应法，但是使用该法制备的材料不能达到均匀混合的水平，且制备的过程中容易引入杂质，对材料的电化学性能会产生较大的影响。因此，可以采用其他一些软化学方法来提高材料的电化学性能，一般包括溶胶-凝胶法，喷雾干燥法，水热法等。其中，溶胶凝胶法制备正极材料具有化学均匀性好，粒径分布窄，纯度高，颗粒粒径小等优点。但是也存在着一些不足：

(1)制备过程中常需要消耗大量较昂贵的有机酸或醇，成本较高，不适于大规模生产。

(2)整个制备过程需要一个较长时间的陈化过程，时间成本过高。

(3)在对前驱体进行煅烧时，传统的煅烧工艺采用一步煅烧法，且煅烧时间长，一般为20h,因此对能源产生浪费。

因此本发明为了解决该技术问题而提供一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂的新型制备方法。

发明内容

本发明的目的为了解决市场上已经商业化的锂离子电池正极材料LiCoO₂、LiFePO₄容量低的缺陷而提供一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料。

本发明的目的之二是为了提供上述的一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法。

本发明的技术原理

以乙酸锂、乙酸钴、乙酸镍和乙酸锰为原料，柠檬酸为螯合剂合成了动力型锂离子电池富锂三元正极材料的前躯体并通过分段煅烧得到动力型锂离子电池富锂三元正极材料。

本发明的技术方案

一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料，其分子式为Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂。 

上述的一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法，即首先按摩尔比计算，即Li:Co: Ni:Mn:O=1.2:0.13:0.13:0.54:2的比例，将乙酸锂、乙酸钴、乙酸镍和乙酸锰溶解在去离子水中，得到溶液1，实际制备过程中所用的乙酸锂过量5％，以弥补后续煅烧时锂的损失；

再按摩尔比计算，即柠檬酸的摩尔量：Ni、Co和Mn的总摩尔量为1:1的比例，将柠檬酸加入到去离子水中，得到溶液2；

然后，将溶液2滴加到溶液1中并混合均匀后，用质量百分浓度为28％的氨水调节pH为9，在80℃下持续搅拌直至形成紫色凝胶；

然后，将得到的紫色凝胶在200℃下烘干后使用球磨机将其球磨，即得前躯体固体粉末；

最后，将得到的前躯体固体粉末进行分段煅烧，将煅烧后的材料进行研磨，即得动力型锂离子电池富锂三元正极材料。

上述的一种动力型锂离子电池富锂三元正极材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）、按摩尔比计算，即Li:Co:Ni:Mn:O=1.2:0.13:0.13:0.54:2的比例将乙酸锂、乙酸镍乙酸钴、和乙酸锰，溶解在去离子水中，形成溶液1，其中所用的乙酸锂过量5％，以弥补后续煅烧时锂的损失；