[发明专利]复合正极氧化物纳米颗粒合成及其制备方法

说明书

复合正极氧化物纳米颗粒合成及其制备方法。本项发明公开一种锂离子电池正极纳米材料的合成方法，该方法步骤如下：（1）按所需产品的化学计量比在浓硝酸中加入不同金属盐固体，常温搅拌或超声得到金属硝酸溶液；（2）加入醇与柠檬酸加热搅拌得到金属前驱体溶液；（3）将前驱体溶液直接放入加热炉，在空气或富氧氛围下，直接以一定的速率升温至反应温度得到正极复合纳米材料。本发明的方法可以称为简易燃烧法，具有操作简单、烧结温度低、产物形貌均匀等优点，产品具有很好的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及复合正极氧化物纳米材料合成技术领域，特别涉及锂离子正极材料制备方法。

背景技术

能源问题是21世纪世界的关键问题之一，锂离子电池具有电压高、比容量大等优点。锂电池技术发展的关键在于电极材料性能，相对于锂电池负极材料的高容量来说，锂电池正极材料的低容量限制了锂电池的发展。正极材料性能很大程度上取决于颗粒的微观结构，包括尺寸、形貌和化学组分，目前主要的做法是将活性颗粒制备成多孔的纳米尺寸材料，以增加电解液与材料的接触面积，缩短电子和离子的扩散距离，进而提高电导率与锂离子的扩散效率。实验证明当正极材料颗粒尺寸小于100 nm可提升能量密度。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种制备复合正极氧化物纳米颗粒的方法，该方法具有操作简单、烧结温度低、产物形貌均匀等优点，且产品具有优异的循环性能。

本发明提供的技术方案，其特征在于包括以下步骤：

S101：所述Li_xNi_yCo_zM_1-y-zO₂(M = Al或Mn),x的取值范围为0.995x1；

S102：制备金属硝酸溶液：按所需产品的化学计量比加入锂源，镍源，钴源，锰源和铝源，将金属盐溶于浓硝酸（65.0～68.0 wt%），而锂源则为所有其他金属浓度总和的1-1.2倍;

S103：将S102中金属硝酸溶液超声10-30分钟直至其完全溶解（20-30 ℃），得到分布均匀混合的金属硝酸溶液，溶液pH值约等于2。在此pH值下，金属几乎不发生水解；

S104：往S103的金属硝酸溶液加入正丁醇和络合剂柠檬酸，先在60-100 ℃下搅拌 30-60分钟，使柠檬酸完全溶解得到粘稠溶液，再柠檬酸完全溶解之后，降温至40-50 ℃，继续搅拌1-24小时得到金属前驱体溶液。需要注意的是，柠檬酸须在金属硝酸盐完全溶解后方可加入，否则无法达到均匀络合不同金属离子这一目的，此步中正丁醇与柠檬酸过量;

S105：将S104中得到的金属前驱体溶液，分置于氧化铝坩埚中，坩埚不加盖以保证有机物充分氧化；空气或富氧气氛下，在加热炉中以2 ℃/min的速率升温，并在150 ℃下保温1-4 小时、250 ℃下保温1-4小时、350 ℃下保温2-6 小时、最后在750-1000 ℃下保温6-12小时，随后冷却即得样品复合氧化物纳米材料。

进一步地，在所述步骤S101中，所述回收的材料包含Li_xNi_yCo_zM_1-y-zO₂(M = Al或Mn)；

进一步地，在所述步骤S102中，所述锂源可为碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂中的一种或几种混合；

进一步地，在所述步骤S102中，所述锂源为其他金属盐的1-1.2倍；

进一步地，在所述步骤S102中，所述镍源可为硝酸镍、乙酸镍、氧化镍中的一种或几种混合；

进一步地，在所述步骤S102中，所述钴源可为硝酸钴、乙酸钴、氧化钴中的一种或几种混合；

进一步地，在所述步骤S102中，所述锰源可为硝酸锰、乙酸锰、氧化锰中的一种或几种混合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明是针对复合氧化物电池正极材料；