本發明專利技術涉及一種快速獲得鋰離子電池三元正極材料的制備方法及其正極材料。該方法按照設計的化學計量比稱取原料，在原料中加入溶劑溶解配制成混合溶液；將混合溶液和氨水或氨水與過氧化氫混合液反應，然后放入干燥箱中干燥，得前軀體粉末；將前軀體放入管式爐中，在空氣或氧氣氣氛下加溫煅燒再保溫；待自然冷卻至室溫，即制得微納結構的鋰離子電池三元正極材料。本發明專利技術制備工藝流程短，操作簡單，易于工業化生產。本發明專利技術在制備過程中不需要添加表面活性劑，制得的正極材料屬于微納結構鋰離子電池三元正極材料；其粒度分布均勻，純度亦高；電化學性能優異；產品收率可高達95％以上。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于過渡金屬氧化物正極材料的制備領域，特別涉及一種快速獲得鋰離子電池三元(LiNixCoyMh-yOs)正極材料的制備新方法及其正極材料。
技術介紹
三元正極材料由于其具有287mAh/g較高的理論容量、較低的價格和較高的振實密度等優點越來越受到廣泛關注。它既可應用到數碼相機、手機、筆記本電腦等3C產品，也非常有希望應用于電動自行車、電動汽車、飛機、輪船等鋰離子動力電池中。但是三元正極材料的鋰離子擴散系數較低導致其倍率性能較差，因此，限制了它在鋰離子動力電池中的應用。目前主要通過包覆、摻雜和制備納米尺度顆粒來進行改善其性能，但是包覆和摻雜往往降低材料的放電比容量，納米尺度顆粒因其較大的比表面積容易引起副反應，造成其循環性能較差。近年來微納結構的材料受到重視，因其具有一次顆粒達納米級、二次顆粒為微米級的特點，所以使用微納結構的材料既可以提供較短的鋰離子擴散距離，又可以保證其結構的穩定性。目前制備三元正極材料的方法有很多，如共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法、熔鹽法、固相法等。共沉淀法是最常用的一種方法，但是工藝要求苛刻、操作復雜;溶膠凝膠法能得到化學計量比的材料，但不利于工業化生產，而且能耗高、干燥后收縮大；水熱法易制備出特殊形貌的材料，且電化學性能較好，但設備要求高，不利于連續化生產;熔鹽法制備的材料結晶度高，但工藝流程長，且耗水量大；固相法雖然工藝簡單，但不易控制其顆粒的形貌，顆粒分布不均勻，材料電化學性能欠佳。而且這些方法大多數成本較高，所以亟需采用一種快速、簡單、低成本的方法制備出微納結構的三元正極材料，這也正是本專利技術的任務所在。【
技術實現思路
】本專利技術的目的在于克服現有技術中所存在的缺陷和不足，提供一種快速獲得鋰離子電池三元(LiNi xCoyM1-x-y02)正極材料制備的新方法。該方法制備工藝簡單，操作方便，且制備過程中不需要添加表面活性劑，制得的正極材料屬于微納結構的鋰離子電池三元正極材料;其廣品收率可尚達95%以上，純度亦尚，電化學性能優異;且有利于工業化生廣。為實現本專利技術的上述目的，本專利技術是采用由以下技術措施構成的技術方案來實現的。本專利技術所述一種快速獲得鋰離子電池三元(LiNixCoyMmOs)正極材料的制備方法，依次包括以下的工藝步驟:(D原料配備將鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽和錳鹽;或鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽過渡金屬原料，按照設計的化學計量比稱取，即按照鋰鹽:鎳鹽:鈷鹽:錳鹽；或鋰鹽:鎳鹽:鈷鹽:鋁鹽的摩爾比均為(1.03?l.l):x:y:(l-x-y)稱量原料;其中，X和y 的摩爾比滿足:0.33<x<0.80，0.10<y<0.33；而鋰過量3?10 %是為彌補高溫煅燒條件下鋰的揮發；(2)混合鹽溶液配制將步驟(1)稱量好的原料放入反應容器中，再加入溶劑將其溶解，配制成1?3mol/L的混合鹽溶液；(3)前軀體制備 將步驟(2)得到的混合鹽溶液和氨水(NH40H)加入反應容器中反應，其中氨水的摩爾量為總過渡金屬摩爾量的1?6倍;將其攪拌均勻后，放入溫度為30?125°C的干燥箱中，其干燥時間為5?18小時;干燥箱的工作壓力為-0.095?OMPa，干燥后得到前軀體粉末；⑷煅燒將步驟(3)得到的前軀體粉末置于管式爐中，在空氣中或者氧氣氛圍下加熱至650?900°C煅燒，然后再保溫5?16小時;待自然冷卻至室溫，即制得微納結構的鋰離子電池三元(LiNixCoyMi—X—y02)正極材料。上述方案中，所述X的取值中，當X2 0.7時，需要向制備前軀體過程中加入過氧化氫，過氧化氫加入的摩爾量為總過渡金屬摩爾量的2?10倍。上述方案中，當0.7時，所述需要向制備前軀體過程中加入過氧化氫是將二價金屬離子氧化為三價。上述方案中，所述鋰鹽為碳酸鋰(Li2C03)，硝酸鋰(LiN03)、氫氧化鋰(L1H.H20)、氧化鋰(Li20)、或乙酸鋰(LiCH3C00)中的任一種。上述方案中，所述鎳鹽為硝酸鎳(Ni(N03)2.6H20)或乙酸鎳(Ni(CH3COO)2.4H20)。上述方案中，所述鈷鹽為硝酸鈷(Co(N03)2.6H20)或乙酸鈷(Co(CH3COO)2.4H20)。上述方案中，所述錳鹽為硝酸錳(Μη(Ν03)2)或乙酸錳(Mn(CH3COO)2.4H20)。上述方案中，所述鋁鹽為硝酸鋁(A1(N03)3.9H20)或乙酸鋁(Al(CH3COO)2)。上述方案中，所述混合鹽溶液的配制過程中，所用溶劑為蒸餾水、去離子水、乙醇、或丙酮中的任一種。上述方案中，所述混合鹽溶液和氨水加入反應容器中反應的方式為:在混合鹽溶液中加入氨溶液、或在氨溶液中加入混合鹽溶液，或將混合鹽溶液與氨溶液兩者同時加入反應容器中。本專利技術依上述任一制備方法制備的鋰離子電池三元正極材料，其特征在于該正極材料一次顆粒粒徑為100?500nm;其產品收率高達95%以上；電化學性能在2.7?4.3V下進行充放電測試，測試結果表明在0.1C倍率下放電容量達160mAh/g以上，1C倍率下放電容量高達 140mAh/g。本專利技術與現有技術相比較具有以下有益的技術效果:1、本專利技術所述方法采用簡單的工藝步驟制備前軀體，再經高溫煅燒得到微納結構的鋰離子電池三元(LiNixCoyMi—x—y02)正極材料，在制備過程中不需要添加表面活性齊II，產品收率高達95 %以上，純度亦高，電化學性能;有利于工業化生產。2、本專利技術所述方法制備的前軀體粒徑小，有利于高溫反應，故煅燒過程溫度較低，時間較短，能耗少。3、本專利技術所述方法制備的鋰離子電池三元(LiNixCo^—x—y02)正極材料的結晶度好，無明顯團聚，其顆粒分布均勾，一次顆粒粒徑為100?500nm。 4、本專利技術所述方法制備的鋰離子電池三元(LiNixCo^—x—y02)正極材料的電化學性能優異，在2.7?4.3V下進行充放電測試，其結果表明在0.1C倍率下放電容量達160mAh/g以上，1C倍率下容量高達140mAh/g。【附圖說明】圖1是本專利技術實施例1所制備的裡尚子電池正極材料(1^祖0.33(>)().33]/[11().3302)的父射線衍射譜圖；圖2是本專利技術實施例2所制備的LiNiQ.5COQ.2Mn().302的X射線衍射譜圖；圖3是本專利技術實施例3所制備的LiNiQ.6COQ.2Mn().202的X射線衍射譜圖；圖4是本專利技術實施例4所制備的LiN1.sCouMn0.^的X射線衍射譜圖；圖5是本專利技術實施例5所制備的LiNiQ.8QCO().15Al().()502的X射線衍射譜圖；圖6是本專利技術實施例1所制備的LiNiQ.33CoQ.33Mn().3302的掃描電鏡圖；圖7是本專利技術實施例1所制備的LiNiQ.33CoQ.33Mn().3302在0.1C倍率下的首次充放電曲線；圖8是本專利技術實施例2所制備的LiNiQ.5CoQ.2Mn().302倍率性能圖；圖9是本專利技術實施例3所制備的LiN1.6Co0.2Mn0.2O2的循環性能圖；圖10是本專利技術實施例4所制備的LiN1.sCo0.1Mn0.!02在0.1C倍率下的首次充放電曲線；圖11是本專利技術實施例5所制備的LiNiQ.8QCo().15Al().()502的掃描電鏡圖；圖12是本專利技術實施例6本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種快速獲得鋰離子電池三元正極材料的制備方法，其特征在于依次包括以下工藝步驟：(1)原料的配備將鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽和錳鹽，或鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽和鋁鹽過渡金屬原料，按照設計的化學計量比稱取，即按照鋰鹽：鎳鹽：鈷鹽：錳鹽；或鋰鹽：鎳鹽：鈷鹽：鋁鹽的摩爾比均為(1.03～1.1):x:y:(1?x?y)稱量原料；其中，x和y的摩爾比滿足：0.33≤x≤0.80，0.10≤y≤0.33；(2)混合鹽溶液配制將步驟(1)稱量好的原料放入反應容器中，再加入溶劑將其溶解，配制成1～3mol/L的混合鹽溶液；(3)前軀體制備將步驟(2)得到的混合鹽溶液和氨水加入反應容器中反應，其中氨水的摩爾量為總過渡金屬摩爾量的1～6倍；將其攪拌均勻后，放入溫度為30～125℃的干燥箱中干燥，其干燥時間為5～18小時；干燥箱的工作壓力為?0.095～0MPa，干燥后得到前軀體粉末；(4)煅燒將步驟(3)得到的前軀體粉末置于管式爐中，在空氣中或者氧氣氛圍下加熱至650～900℃煅燒，然后再保溫5～16小時；待自然冷卻至室溫，即制得微納結構的鋰離子電池三元正極材料。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭孝東，滑緯博，鐘本和，吳振國，鄭卓，張繼斌，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51
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