[发明专利]一种实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体的制备方法

说明书

一种实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体的制备方法，属于电极材料制备领域。本发明制备的富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体具有实心球形多重环状结构，采用液‑液共沉淀方法获得碳酸盐前驱体，通过对碳酸盐前驱体进行特殊煅烧处理获得实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体。采用该实心球形多重环状结构氧化物前驱体所制备的富锂锰基固溶体正极材料电化学性能优异，压实密度大。本发明制备的实心球形多重环状结构氧化物前驱体，元素分布均匀、产率高、工艺简单、环境友好、高效节能、产品质量均一、重复性好、可规模化生产。

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，具体涉及一种实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体的制备方法。

背景技术

当前锂离子电池技术能量密度水平大约在100～150Wh/kg，电动汽车的单次行驶里程如果要达到与传统燃油汽车相当的500公里，那么电池单体的能量密度就必须要达到300Wh/kg以上。而如果要在2020年达到250Wh/kg，甚至300Wh/kg的能量密度指标，现在商业化应用的正极材料都无法实现。而富锂锰基固溶体正极材料具有放电容量大、原料成本低等优点，被认为是下一代高能量密度、低成本锂离子电池的重要候选正极材料，其必将形成巨大的市场。

然而富锂锰基固溶体正极材料，存在电导率偏低、倍率性能差和电压衰减等问题，已成为限制富锂锰基固溶体正极材料应用的技术瓶颈。若要充分发挥富锂锰正极材料的性能，提高材料的循环稳定性和倍率性能，仍需要在材料的合成上进一步优化工艺，比如制备实心球形多重环状富锂锰基正极材料。要解决制备实心球形多重环状富锂锰基固溶体材料，最容易的方式就是制备具有实心球形多重环状结构的氧化物前驱体材料。若以一种容易实现的工艺得到实心球形多重环状球形的氧化物前驱体材料，则在后期的烧结过程中通过工艺控制，可以方便的合成出实心球形多重环状结构富锂锰基固溶体材料。而稳定性高的多重环状及均匀混合的锰钴镍多元素组成有利于材料提高循环稳定性及倍率性能。

共沉淀法是一种非常实用的制备锂电正极材料前驱体的方法，共沉淀法可使几种过渡金属离子在溶液中充分接触, 基本上能达到原子级水平, 使样品的形貌易于形成规则球形,粒径分布均匀, 从而保证最终的产物电化学性能稳定。通过煅烧对沉淀前驱体进行改性，制备出实心球形多重环状的氧化物前驱体是非常有效的提高材料性能的手段，多重环状结构有利于更好的发挥材料的电化学性能。

相关技术中，不同研究者所用方法不同，但是都存在一些难以在工业生产中大批量制备的问题。因此，在目前的科研和生产中，均需要一种电化学性能好，工艺简化，生产成本低，可以规模化生产的实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体的制备方法。

发明内容

为了解决高容量与大倍率性能不可兼得的难题，本发明提供了一种实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体的制备方法。一种实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料[xLi₂MnO₃-(1-x)LiMO₂ (M=Ni,Co,Mn. 0<x<1)]氧化物前驱体实际上描述的是生成的氧化物前驱体粉末颗粒的剖面图类似于同心圆结构，而且同心圆的环与环之间是紧密结合的。该方法包括的步骤为：金属盐溶液配制、沉淀剂和络合剂溶液配制、共沉淀前驱体制备；共沉淀前驱体的煅烧处理。利用本发明制备的氧化物前驱体制备得到的正极材料有较好的电化学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种实心球形多重环状富锂锰基固溶体正极材料氧化物前驱体的制备方法，采用共沉淀的方法获得实心球形锰镍钴三元共沉淀前驱体，将实心球形结构的锰镍钴三元共沉淀前驱体以间隔升降温方式进行煅烧处理，获得实心球形多重环状结构的锰镍钴三元氧化物前驱体。具体制备步骤如下：

（1）制备金属盐溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液：将锰盐、钴盐和镍盐与水混合并溶解得到所述金属盐溶液；将沉淀剂溶于水中溶解得到所述沉淀剂溶液；将络合剂溶于水中溶解，得到络合剂溶液；