[发明专利]锂离子电池中富锂三元正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明电池正极材料技术领域，具体地讲，涉及一种锂离子电池中富锂三元正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、比能量高、循环寿命长、安全性能好、工作温度范围宽、无记忆效应、自放电小、对环境友好等优点，而被广泛应用于手机和笔记本等便携装置、医疗设备、电动工具、数码产品等领域。近年来锂离子电池的应用范围也拓展至能源交通(电动车、混合动力汽车等)、智能电网、新型能源储能(太阳能、风能)等一些新的领域，继而对锂离子电池材料的性能提出了更高的要求。

锂离子电池是由正负极材料、电解液、隔膜材料等组成的，其中正极材料作为影响整个电池电化学性能、安全性、成本等的决定性因素，其发展倍受科学界的广泛关注。目前常用的锂离子电池正极材料主要有层状结构的LiCoO₂、LiMnO₂、LiNiO₂、LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，尖晶石结构的LiMn₂O₄以及橄榄石结构的LiFePO₄等；但是，上述正极材料几乎都达到了它们可用比容量(120mAh·g^-1～200mAh·g^-1)的极限。因此，新型正极材料的研发迫在眉睫。

富锂三元正极材料一般采用Li_1+xNi_yCo_yMn_1-x-2yO₂(0.2≤x<1，0<y<0.5)的化学通式来表示。富锂三元正极材料因其具有在高电压下可发挥高容量的特性而备受广大科研工作者的广泛关注。然而，大量研究表明，该材料在高电压下充放电的过程中，首次过度脱锂会破坏材料的表面晶格结构，从而影响其电化学性能，如循环稳定性和倍率性能变差等。因此，提高富锂三元材料的结构稳定性，改善其电化学性能是当前要解决的关键问题。

目前富锂三元正极材料的较好的制备方法主要有溶剂热法、水热法、以及共沉淀法。但是目前采用溶剂热法制备时存在合成材料产量少、合成耗时、成本较高的问题；以水为溶剂时合成的材料团聚严重，阻碍Li⁺的传输，结构稳定性差，从而会影响材料电化学性能的发挥；而采用共沉淀法制备时又存在其中氨水的挥发会造成环境污染、严重危害人体健康等问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种锂离子电池中富锂三元正极材料的制备方法，该制备方法以乙二醇为分散剂、且采用新型的螯合剂，提高了获得的富锂三元正极材料的结构稳定性、改善了富锂三元正极材料在制备过程中的团聚问题，从而改善了富锂三元正极材料的电化学性能。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种锂离子电池中富锂三元正极材料的制备方法，包括步骤：

S1、将水溶性镍盐、水溶性钴盐和水溶性锰盐混合，并溶解于乙二醇的水溶液中，获得混合溶液；

S2、将螯合剂和沉淀剂加入所述混合溶液中并在50℃～70℃下进行反应，获得前驱体；

S3、将所述前驱体与锂盐混合并进行煅烧，获得富锂三元正极材料Li_1+xNi_yCo_yMn_1-x-2yO₂；其中，0.2≤x<1，0<y<0.5。

进一步地，所述步骤S3具体包括：将所述前驱体在450℃～550℃下预烧5h～7h，获得预烧产物；所述预烧产物与所述锂盐混合并进行煅烧，获得所述富锂三元正极材料。

进一步地，所述预烧产物与所述锂盐的物质的量之比为1:1.03～1:1.05。

进一步地，在所述步骤S2中，所述螯合剂为三乙醇胺、一乙醇胺、二乙醇胺。

进一步地，所述螯合剂将所述混合溶液的pH值调节至8～10。

进一步地，在所述步骤S1中，所述水溶性镍盐、水溶性钴盐和水溶性锰盐的物质的量之比为y:y:1-x-2y；其中，0.2≤x<1，0<y<0.5。

进一步地，所述水溶性镍盐为乙酸镍，所述水溶性钴盐为乙酸钴，所述水溶性锰盐为乙酸锰。

进一步地，在所述步骤S2中，所述沉淀剂为碳酸钠。