[发明专利]一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高能蓄电池，具有能量密度高、使用寿命长、循环性能好且无记忆效应等优点。锂离子电池正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，它对于锂离子电池的电化学性能有重要的影响。一般的锂离子电池正极材料已经不能满足人们对高容量、高能量密度电子产品的需求。目前商业化的锂离子电池主要采用LiCoO₂作为正极材料，因钴资源稀少、成本高、污染环境和抗过充能力较差，限制了其应用领域的拓展，特别是在动力电池中的应用。LiNiO₂比容量大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构的稳定性和热稳定性差。LiMnO₂比容量稍大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在姜-泰勒效应(Jahn-Teller effect)、循环性能较差。而镍钴锰酸锂正极材料，例如LiN_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂综合了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂三类材料的优点，弥补了各自的不足，具有成本低、比容量高、循环寿命长、安全性能好等优点。不仅可取代目前在小型便携式电源中应用的钴酸锂正极材料，而且在大功率锂离子动力电池等方面显现出了巨大的发展潜力，可用于小型电池和动力电池中，在当今具有广阔的应用市场。

目前镍钴锰酸锂正极材料的制备方法主要有固相法、共沉淀法、复合碳酸盐法、溶胶-凝胶法、熔盐法、乳液干燥法及超声喷雾高温分解法等。例如，CN104051724A(申请号：201410250912.4)公开了一种碳包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，主要包括以下步骤：前驱粉体制备、在750～950℃煅烧3～24小时得到镍钴锰酸锂正极材料。CN204218239A(申请号：201410415318.6)也公开了一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，主要包括以下步骤：前驱体制备，在450～700℃烧结5～10小时，在700～1000℃烧结12～24小时。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的制备镍钴锰酸锂正极材料的方法所得镍钴锰酸锂正极材料的颗粒形状不规则、大小不均一。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种能够制备得到颗粒形状规则、大小均一的锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料的方法。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明第一方面提供一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1，按照物质的量比Li:Ni:Co:Mn＝(1.01～1.1):x:y:(1-x-y)的比例将锂盐、镍盐、钴盐以及锰盐溶解在溶剂中得到第一溶液，其中其中0<x<1，0<y<1；

步骤2，向所述第一溶液中加入螯合剂及碳源，混合均匀后得到第二溶液；其中，所述螯合剂的物质的量与所述第一溶液中金属离子总物质的量的比例为1:1～1.2:1。

步骤3，将所述第二溶液在真空度-0.1～-0.08MPa、温度80～120℃的条件下加热8～12小时，除去所述第二溶液中的溶剂后得到前驱体粉料；

步骤4，在惰性气体气氛中，先将所述前驱体粉料在300～400℃温度下加热0.5～2小时，然后以红外光作为热源使所述前驱体粉料升温至800～900℃，保温3～4小时；冷却后即得所述锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料。

优选地，步骤4中，所述红外光的波长为5～20微米。

优选地，步骤4中，所述红外光的波长为8～15微米。

优选地，步骤4中，所述红外光的波长为10～13微米。

优选地，步骤1中，所述锂盐选自硝酸锂、醋酸锂、氯化锂以及硫酸锂中的至少一种；所述镍盐选自硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍以及氯化镍中的至少一种；所述钴盐选自硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴以及氯化钴中的至少一种；所述锰盐选自硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰以及氯化锰中的至少一种。

优选地，步骤1中，所述溶剂为水或者乙醇或者它们的组合。

优选地，步骤2中，所述螯合剂选自柠檬酸、乙醇酸、三乙醇胺、丙烯酸以及脂肪酸中的至少一种；所述碳源选自蔗糖、聚乙烯醇、葡萄糖、聚丙烯腈、聚氯乙烯、酚醛树脂以及沥青中的至少一种。

优选地，步骤4中，所述惰性气体为氮气或者氩气或者它们的组合。