[发明专利]一种锂离子电池粒径可控的正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂电池的技术领域，提供了一种锂离子电池粒径可控的正极材料的制备方法。该方法先合成具有蜂窝结构的多孔吸水树脂对金属盐进行吸附，然后与碱液反应使树脂内部的金属盐共沉淀形成正极材料前驱体，再与锂盐混合烧结形成正极材料同时除去树脂，制得大颗粒正极材料，即锂离子电池粒径可控的正极材料。与传统方法相比，本发明的制备的正极材料，通过合成具有可控孔径的蜂窝状吸水树脂将正极材料所需的金属离子吸附至树脂颗粒间隙中与碱反应形成颗粒状前驱体，有效控制前驱体的粒度和均匀性，从而使烧结后的正极材料颗粒粒度分布和均匀性得到保证，综合性能优异，可广泛用于锂电池领域。

技术领域

本发明属于锂电池的技术领域，提供了一种锂离子电池粒径可控的正极材料的制备方法。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。作为一种高效、可循环使用的能量转换与储存方式的锂电池，它已成为未来一系列高技术发展中的重大需求，锂电池的发展同时也关乎到我国的环保与资源利用问题。

其中，锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。锂离子电池的原材料主要包括正负极材料、电解液、电极基材、隔离膜和罐材等。其中，正极材料是锂电池中最为关键的原材料，由于正极材料在锂离子电池中占有较大比例（正、负极材料的质量比例为3:1~4:1），因此廉价、高性能的正极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。

提高正极材料的方法主要为提高其活性材料的比容量和正极材料的振实和压实密度，目前对于正极材料的研究大多为通过掺杂、纳米化提高活性物质的其比容量，但纳米化的正极材料容易由于其自发团聚引起涂布困难，振实密度降低的缺点。材料颗粒的直径大小、密度、形貌以及分布对电池正极的动力学有很大的影响，在电池的稳定性、电化学性能上均扮演着重要的角色，通过制备粒径较大的正极材料有望解决这一难题。

目前国内外在锂离子电池技术，尤其是锂离子电池正极材料方面已取得了一定成效。其中庞国耀等人发明了一种富锂锰基正极材料氢氧化物前驱体的制备方法（中国发明专利申请号201310743742.9），包括以下步骤：（1）按氢氧化物前驱体的分子式Mn_xCo_yNi_1-x-y(OH)₂中Mn、Co、Ni的摩尔比配制镍盐、钴盐、锰盐的混合溶液，其中，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，x+y＜1；（2）配制含添加剂的碱性水溶液；配制含EDTA、壳聚糖、氨水的复合络合剂溶液；（3）在惰性气体保护下，将镍盐、钴盐、锰盐的混合溶液、碱性水溶液、复合络合剂溶液并流注入连续反应釜内进行连续反应，控制反应溶液中EDTA、壳聚糖、铵根离子的平均浓度，控制反应pH值为9~13，反应温度为30~80℃，搅拌速度为100~2000rpm；（4）将反应釜自然排出料液过滤、洗涤、干燥即可。另外，万宁等人发明了一种掺杂镍锰酸锂材料、改性镍锰酸锂正极材料及其制备方法（中国发明专利申请号201710998751.0），化学组成为LiMn_1.5-xNi_0.5-xY_2xO₄，该发明采用溶胶-凝胶法制得的掺杂镍锰酸锂材料粒径均匀；Li₂SnO₃均匀包覆在掺杂镍锰酸锂材料表面得到改性镍锰酸锂正极材料，具有良好的结构稳定性、循环性能、热稳定性。

可见，现有技术中的锂离子电池的正极材料颗粒在造粒过程中，存在均匀性较差、难以有效控制大颗粒表面锂盐的均匀分布和粒径的缺陷。因此，开发一种新的粒径可控的正极材料制备方法具有十分重要的实际意义点。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种锂离子电池粒径可控的正极材料的制备方法，显著改善了正极材料颗粒粒度分布和均匀性。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：