[发明专利]一种富锂三元正极材料及其绿色制备方法

说明书

本发明公开了一种富锂三元正极材料及其绿色制备方法。该方法为：将配置好的镍钴锰酸盐溶液和锂盐溶液，加入到溶有表面活性剂和沉淀剂的溶液中，充分搅拌后将得到的混合溶液进行溶剂热反应，之后利用喷雾干燥制得前驱体粉末，再经过焙烧得到富锂三元正极材料xLi₂MnO₃·（1‑x）LiMO₂。本发明所得的前驱体颗粒细腻，富锂三元正极材料粒径分布均匀、形貌可调控、结晶度好，而且在制备过程中无大量废水排放，所采用的原料使得在煅烧过程中无有害气体排放，绿色环保，制备工艺简单，易于工业化；新型表面活性剂的使用有效地使得浆料分散均匀，且得到的正极材料颗粒边缘出现稳定的混合相，减少正极材料与电解液的副反应，所得的正极材料具有放电比容量高、循环稳定性好等重要优点。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种高性能锂离子电池用富锂三元正极材料及其绿色生产的制备方法。

背景技术

随着电动汽车、智能电网以及大规模储能领域的快速发展,现存在的电池体系越来越难以满足人们生活生产的需要，而富锂三元正极材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂,M＝Ni,Co,Mn,etc.)因其较高的比容量、高的工作电压以及环境友好等优点被认为是高容量锂离子二次电池中最具研究与应用前景的正极材料体系之一。目前富锂材料的主要制备方法有：高温固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法、溶剂热法等等，但这些方法仍有诸多缺点，如：能量消耗高，生产过程中有大量废水排放，这些缺点大大增加了生产成本而且造成了环境污染。为了解决这些问题，人们在制备技术方面开展了大量的探索工作，取得了一些重要的进展。

中国发明专利廖世军课题组申请的CN 104882599 A提出了一种喷雾干燥制备富锂三元正极材料的方法，申请人以草酸及草酸铵作为沉淀剂，以Ni，Co，Mn的硝酸盐以及氢氧化锂作为原料，制得了草酸盐的浆料，然后经过喷雾干燥、焙烧得到了富锂三元正极材料，该技术简化了富锂三元材料的制备工艺，解决了传统工艺大量排放废水的问题，制备的正极材料性能也很优异。该申请的技术存在问题在于单纯以去离子水为溶剂，制备的正极材料存在颗粒团聚严重、形貌难以调控，导致循环性能、倍率性能较差等问题，而本发明以去离子水和有机溶剂的混合溶液为溶剂，使喷雾干燥相结合的方法，有效地改善了合成材料的团聚性问题，合成的材料形貌可调控，粒径分布均匀，从而提高了材料的电化学性能；且该申请技术需要以柠檬酸或氨水调节溶液pH，但按照本发明的生产工艺，浆料的最终pH在8.5～9之间，在避免酸性浆料对设备腐蚀的同时，还简化了生产工艺。同时，本发明采用的原料使得焙烧过程中不会排放含有氮氧化合物的废气、造成环境污染，更加绿色环保。

中国发明专利申请CN 108063226 A提出了一种一步溶胶法制备高容量富锂三元正极材料的方法，申请人以柠檬酸或者葡萄糖为螯合剂，以氨水来调节溶液pH值，然后搅拌至溶胶状，最后经过喷雾干燥、焙烧制得了富锂三元正极材料，合成产物具有较高的比容量和较佳的倍率性能。虽然溶胶凝胶法有如上所述的优点，但制备过程中又存在氨水的挥发造成环境污染、严重危害人体健康，且制备过程需要控制pH、使得操作复杂，制备出的正极材料粒径分布不均，存在循环性能较差的问题。因此，寻求一种制备过程简单、绿色环保，且制得具有优异电化学性能的正极材料有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，优化制备工艺，提供了一种富锂三元正极材料及其绿色生产的制备方法。

本发明技术方案如下。

一种富锂三元正极材料，所述正极材料为层状结构，通式为：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中0x1，M＝Mn_aNi_bCo_(1-a-b)，0a1，0b≦0.5。

一种富锂三元正极材料的绿色制备方法，包括以下步骤：