[发明专利]一种无晶体缺陷三元正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于三元正极材料技术领域，具体涉及一种无晶体缺陷三元正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如环境污染、石油资源急剧消耗等负面影响，各国都在积极开展采用清洁能源的电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的研究。其中作为车载动力的动力电池成为EV和HEV发展的主要瓶颈。

商业化的锂离子电池主要采用LiCoO₂作为正极材料，LiCoO₂存在安全性和耐过充性问题，Co属于稀有资源，价格昂贵，且金属钴容易对环境造成污染。而LiNiO₂的稳定性差，容易引起安全问题，需在氧气气氛下合成，并且容易发生阳离子混排和生成非化学计量结构化合物。锰系正极材料价格低廉，资源丰富，分布广泛，其中层状LiMnO₂是一种热力学不稳定材料，容量虽高，但是在充放电过程中层状结构会向尖晶石型结构转变，导致比容量衰减快，电化学性能不稳定。LiMn₂O₄在循环过程中容易发生晶型转变以及锰离子的溶解和Jahn-Teller效应，导致电池容量衰减。LiFePO₄可称为零污染正极材料，由于其在价格便宜和高安全性方面的优势，而倍受重视，近年来，该材料得到广泛研究和应用，但该材料电导率低，且振实密度小，因而，其应用领域依然受到很大限制。

综合LiCoO₂,LiNiO₂,LiMnO₂三种锂离子电池正极材料的优点，三元材料的性能好于以上任一单一组分正极材料，存在明显的协同效应，被认为是最有应用前景的新型正极材料。通过引入Co，能够减少阳离子混合占位，有效稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率。引入Ni，可提高材料的容量。引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性和稳定性。三元材料可以按照不同比例，由镍钴锰三种金属元素组成复合型过渡金属氧化物，用通式LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂来表示。但是目前的三元正极材料的制备方法比较陈旧，存在晶体缺陷问题，特别是在金属离子之间。

发明内容

本发明的目的是提供一种无晶体缺陷三元正极材料的制备方法，制备的三元正极材料提高了锂离子的嵌入和脱出过程中的效率，同时也保证了其循环性能好。

本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无晶体缺陷三元正极材料的制备方法，其步骤如下：

步骤1，将氯化锂、氯化镍、氯化钴和氯化铝溶解在蒸馏水中，加入酸性剂与分散剂，形成混合液；

步骤2，将混合液放入密封反应釜中，缓慢通入氨气，并循环曝气反应，得到混合沉淀液；

步骤3，将混合沉淀液蒸发后，进行微热烘干得到混合沉淀物；

步骤4，混合沉淀物放入无水乙醇中，密封加热压力反应10-18h，自然降温后过滤得到混合沉淀物；

步骤5，将混合沉淀物进行梯度洗涤得到金属离子沉淀；

步骤6，将金属离子沉淀进行梯度烧结，得到三元正极材料。

所述步骤1中的氯化镍、氯化钴、氯化铝的摩尔量的比为1:1:1，所述氯化锂的摩尔量是氯化铝的2.9-3.3倍，所述蒸馏水的量是氯化铝的20-30倍，所述酸性剂加入量是氯化铝的5-9%，所述分散剂加入量是氯化铝的2-5%；该步骤将氯化锂、氯化镍、氯化钴和氯化铝进行混合，同时加入酸性剂作为稳定剂，保证溶液处于酸性状态，分散剂溶解至蒸馏水，与步骤2相配合，保证混合沉淀的分散效果。

所述步骤1的酸性剂采用盐酸，所述盐酸浓度为0.05-0.08mol/L，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮；采用盐酸能够起到酸性稳定作用的同时，也防止其他杂质离子进入。

步骤2中的氨气加入量为氯化铝的4.5-5.5倍，所述氨气通气速度为4-8mL/min，所述循环曝气反应时间为2-5h；该步骤通过缓慢通入氨气的方式，利用氨气与水形成弱碱，再与金属离子反应形成金属氢氧化物沉淀，，并采用缓慢通入与控制氨气量的方式，防止氨气与金属离子形成配位反应，保证氢氧化物沉淀的产生。

所述步骤3中的蒸发温度为100-110℃，所述蒸发时间为2-5h，所述烘干温度为80-90℃，所述烘干的时间为0.5-1.5h。