[发明专利]一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，属于能源材料技术领域。本发明包括如下步骤：（1）将锂源、镍源、钴源、锰源及含草酸根的化合物加入络合剂溶液中，搅拌至全部溶解，得到混合溶液；（2）将混合溶液静置，冷冻结晶得到絮状沉淀；（3）将絮状沉淀过滤、洗涤、干燥得前驱体，将前驱体煅烧后随炉冷却即得镍钴锰酸锂三元正极材料。本方法可显著提高镍钴锰酸锂三元正极材料的充放电比容量、倍率性能和循环性能。

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，具体涉及一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法。

背景技术

目前商业化的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂，但由于其价格昂贵且热稳定性差，所以难以在动力电池或储能电池领域得到应用。磷酸铁锂和锰酸锂由于成本低、资源丰富等特点，被认为是具有发展前景的动力锂离子电池正极材料，但它们的容量低，能量密度较低，无法满足高能量密度动力电池的要求。因此，人们近年来致力于研究高容量正极材料，其中镍钴锰酸锂三元正极材料因兼有钴酸锂和镍酸锂的优点，且合成方法简单，价格相对便宜，被认为是一种很有前途的正极材料，在动力电池和储能电池领域有广阔的应用前景。

与钴酸锂相比，镍钴锰酸锂三元材料具有以下显著优势：（1）成本相对较低：由于钴含量低，成本仅相当于钴酸锂的1/4；（2）安全性能好：安全工作温度可达170 ℃，而钴酸锂仅为130 ℃，大幅提升了使用安全性；（3）比容量高：Li充电电压在4.6 V 时（钴酸锂充电限制电压为4.2 V），其放电比容量高达210 mAh/g，充电电压在4.8 V 时，其放电比容量高达245 mAh/g，相当于钴酸锂的1.7 倍，极大提升了电池的能量密度和供电时间。

虽然镍钴锰酸锂三元正极材料具有如此大的潜在优势，但目前市场上的镍钴锰酸锂三元正极材料在实际应用过程中尚存在一些缺陷，如：（1）阳离子混排使得材料首次充放电库伦效率较低；（2）锂离子扩散系数较低（约10^-11 cm²/S），比LiCoO₂（10^-9 cm²/S）低两个数量级，这导致该材料的倍率性能较差；（3）储存性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，以解决现有技术存在的上述问题。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将锂源、镍源、钴源、锰源及含草酸根的化合物加入络合剂溶液中，以摩尔比计，Li:Ni:Co:Mn:草酸根:络合剂＝(0.98～1.1) : (0.05～1) : (0.05～1) : (0.05～1): (2～4) : (1～4)，搅拌至全部溶解，得到混合溶液；

（2）将步骤（1）所得的混合溶液静置，在-15～0℃下冷冻结晶1～20h，得到絮状沉淀；

（3）将絮状沉淀过滤、洗涤、干燥得前驱体，将前驱体于空气或氧气中并在750～1000℃下煅烧1～24 h，随炉冷却即得镍钴锰酸锂三元正极材料，其化学式为，其中，0<x<1，0<y<1且(x+y)<1；

上述的絮状沉淀中至少含Li、Ni、Co、Mn和草酸根，还可能含铵根、硝酸根、柠檬酸根、酒石酸根等，除Li、Ni、Co、Mn外，其它物质在煅烧时均变为气体除去。

所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、硝酸锂、草酸锂、乳酸锂中的一种或几种；

所述镍源为硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、草酸镍、乙酸镍、柠檬酸镍、氧化镍中的一种或几种；