[发明专利]一种高性能动力电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能动力电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料技术领域。本发明所述镍钴锰酸锂正极材料的制备方法结合融溶混合法、喷雾干燥法、溶胶凝胶法以及高温固相法，将前驱体各组分结合均匀，制得产品粒径均一且电化学性能优异，循环稳定性高；所述方法操作步骤简单，原料成本低，耗时短，生产效率高，可实现工业化大规模生产。本发明还提供了所述方法制备的镍钴锰酸锂正极材料，该材料充放电比容量高，热稳定性及循环稳定性高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种高性能动力电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

在国家政策的指导下，新能源汽车尤其是电动汽车因其节能环保的优点，现已被广泛推广并有望在本世纪以前全面代替传统燃油汽车。电动汽车的发展关键在于电池，而在汽车动力电池中，锂离子电池因安全性好、比容量高、充放电循环寿命长等优势被认为是最有前途的动力电池之一，而锂离子电池性能的关键性因素则在于其正极材料的选择中。

目前常用的锂离子正极材料主要包括钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂等，其中镍钴锰酸锂作为单一掺杂阴离子材料的改进型三元材料，可有效弥补镍酸锂、锰酸锂和钴酸锂的不足，具有优异的电化学性能，且放电平台平稳，工作电压宽，安全性能好。然而，现有常用镍锰酸锂制备方法中，诸如固相法或共沉淀法等，由于前驱原料粉末多使用球磨或研磨混合，各组分很难达到充分混合，分散性及均匀性不高，制备的最终产品也面临粒度分布不均，存在团聚现象及纯度较低的缺陷，同时制备流程耗时较长，效率较低；如溶胶凝胶法或者CVD法虽然可使原料混合均匀，制备成品达到均一粒度分布，然而所需条件苛刻，对制备设备及环境要求较高，可重复性低，难以实现规模生产。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种高性能动力电池型镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，该方法融合凝胶法、喷雾干燥法及高温固相法，制得产品稳定性高且均匀分散性好，不仅有效保留了正极材料的高充放电效率，同时提高了整体材料的脱嵌锂循环稳定性；所述制备方法操作步骤简单，对设备要求低，可实现工业化大规模生产。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高性能动力电池镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将第一锂源、镍源、钴源和锰源加入熔融状态下的直链羧酸中混合并将得到的混合物超声振动处理0.5～1h，得前驱体A；(2)将前驱体A置入喷雾干燥器中，采用喷雾干燥法造粒，得前驱体粉末B；

(3)将第二锂源、柠檬酸、碳源和水混合均匀，调节溶液至pH＝6.5～7.5，加热溶液至澄清透明后，加入前驱体粉末B并超声振动处理12～24h，得前驱体凝胶混合液C；所述第二锂源为醋酸锂，所述第二碳源与第一碳源中锂原子的摩尔比为1:1；所述碳源为葡萄糖、麦芽糖、海藻糖中的至少一种；所述第二锂源、柠檬酸、碳源和水的质量比为m_第二锂源：m_柠檬酸：m_碳源：m_水＝1～2:10～15:1～3:30～35；

(4)将前驱体凝胶混合液C置入喷雾干燥器中，采用喷雾干燥法造粒，得前驱体粉末D；将所述前驱体粉末D加热至600～700℃保温10～15h，保温期间通入氮气与氢气的混合气作为保护气氛，即得所述高性能动力电池镍钴锰酸锂正极材料；所述氮气与氢气的体积比为90～95:5～10。

本发明所述有机溶剂采用特定碳原子链的羧酸，其不仅具有溶剂及分散剂的功效，同时由于羧酸分子容易形成分子间氢键，可有效连接前驱体中的锂、镍、锰和钴原子，提高最终产品的振实密度。

采用喷雾干燥法制备前驱体粉末，可避免传统固相研磨法带来的产品团聚不均匀的缺陷，同时该方法操作时间短，可重复性高，生产效率高。