本发明专利技术涉及一种快速获得锂离子电池三元正极材料的制备方法及其正极材料。该方法按照设计的化学计量比称取原料，在原料中加入溶剂溶解配制成混合溶液；将混合溶液和氨水或氨水与过氧化氢混合液反应，然后放入干燥箱中干燥，得前躯体粉末；将前躯体放入管式炉中，在空气或氧气气氛下加温煅烧再保温；待自然冷却至室温，即制得微纳结构的锂离子电池三元正极材料。本发明专利技术制备工艺流程短，操作简单，易于工业化生产。本发明专利技术在制备过程中不需要添加表面活性剂，制得的正极材料属于微纳结构锂离子电池三元正极材料；其粒度分布均匀，纯度亦高；电化学性能优异；产品收率可高达95％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于过渡金属氧化物正极材料的制备领域，特别涉及一种快速获得锂离子电池三元(LiNixCoyMh-yOs)正极材料的制备新方法及其正极材料。
技术介绍
三元正极材料由于其具有287mAh/g较高的理论容量、较低的价格和较高的振实密度等优点越来越受到广泛关注。它既可应用到数码相机、手机、笔记本电脑等3C产品，也非常有希望应用于电动自行车、电动汽车、飞机、轮船等锂离子动力电池中。但是三元正极材料的锂离子扩散系数较低导致其倍率性能较差，因此，限制了它在锂离子动力电池中的应用。目前主要通过包覆、掺杂和制备纳米尺度颗粒来进行改善其性能，但是包覆和掺杂往往降低材料的放电比容量，纳米尺度颗粒因其较大的比表面积容易引起副反应，造成其循环性能较差。近年来微纳结构的材料受到重视，因其具有一次颗粒达纳米级、二次颗粒为微米级的特点，所以使用微纳结构的材料既可以提供较短的锂离子扩散距离，又可以保证其结构的稳定性。目前制备三元正极材料的方法有很多，如共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、熔盐法、固相法等。共沉淀法是最常用的一种方法，但是工艺要求苛刻、操作复杂;溶胶凝胶法能得到化学计量比的材料，但不利于工业化生产，而且能耗高、干燥后收缩大；水热法易制备出特殊形貌的材料，且电化学性能较好，但设备要求高，不利于连续化生产;熔盐法制备的材料结晶度高，但工艺流程长，且耗水量大；固相法虽然工艺简单，但不易控制其颗粒的形貌，颗粒分布不均匀，材料电化学性能欠佳。而且这些方法大多数成本较高，所以亟需采用一种快速、简单、低成本的方法制备出微纳结构的三元正极材料，这也正是本专利技术的任务所在。【
技术实现思路
】本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的缺陷和不足，提供一种快速获得锂离子电池三元(LiNi xCoyM1-x-y02)正极材料制备的新方法。该方法制备工艺简单，操作方便，且制备过程中不需要添加表面活性剂，制得的正极材料属于微纳结构的锂离子电池三元正极材料;其广品收率可尚达95%以上，纯度亦尚，电化学性能优异;且有利于工业化生广。为实现本专利技术的上述目的，本专利技术是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。本专利技术所述一种快速获得锂离子电池三元(LiNixCoyMmOs)正极材料的制备方法，依次包括以下的工艺步骤:(D原料配备将锂盐、镍盐、钴盐和锰盐;或锂盐、镍盐、钴盐和铝盐过渡金属原料，按照设计的化学计量比称取，即按照锂盐:镍盐:钴盐:锰盐；或锂盐:镍盐:钴盐:铝盐的摩尔比均为(1.03?l.l):x:y:(l-x-y)称量原料;其中，X和y 的摩尔比满足:0.33<x<0.80，0.10<y<0.33；而锂过量3?10 %是为弥补高温煅烧条件下锂的挥发；(2)混合盐溶液配制将步骤(1)称量好的原料放入反应容器中，再加入溶剂将其溶解，配制成1?3mol/L的混合盐溶液；(3)前躯体制备 将步骤(2)得到的混合盐溶液和氨水(NH40H)加入反应容器中反应，其中氨水的摩尔量为总过渡金属摩尔量的1?6倍;将其搅拌均匀后，放入温度为30?125°C的干燥箱中，其干燥时间为5?18小时;干燥箱的工作压力为-0.095?OMPa，干燥后得到前躯体粉末；⑷煅烧将步骤(3)得到的前躯体粉末置于管式炉中，在空气中或者氧气氛围下加热至650?900°C煅烧，然后再保温5?16小时;待自然冷却至室温，即制得微纳结构的锂离子电池三元(LiNixCoyMi—X—y02)正极材料。上述方案中，所述X的取值中，当X2 0.7时，需要向制备前躯体过程中加入过氧化氢，过氧化氢加入的摩尔量为总过渡金属摩尔量的2?10倍。上述方案中，当0.7时，所述需要向制备前躯体过程中加入过氧化氢是将二价金属离子氧化为三价。上述方案中，所述锂盐为碳酸锂(Li2C03)，硝酸锂(LiN03)、氢氧化锂(L1H.H20)、氧化锂(Li20)、或乙酸锂(LiCH3C00)中的任一种。上述方案中，所述镍盐为硝酸镍(Ni(N03)2.6H20)或乙酸镍(Ni(CH3COO)2.4H20)。上述方案中，所述钴盐为硝酸钴(Co(N03)2.6H20)或乙酸钴(Co(CH3COO)2.4H20)。上述方案中，所述锰盐为硝酸锰(Μη(Ν03)2)或乙酸锰(Mn(CH3COO)2.4H20)。上述方案中，所述铝盐为硝酸铝(A1(N03)3.9H20)或乙酸铝(Al(CH3COO)2)。上述方案中，所述混合盐溶液的配制过程中，所用溶剂为蒸馏水、去离子水、乙醇、或丙酮中的任一种。上述方案中，所述混合盐溶液和氨水加入反应容器中反应的方式为:在混合盐溶液中加入氨溶液、或在氨溶液中加入混合盐溶液，或将混合盐溶液与氨溶液两者同时加入反应容器中。本专利技术依上述任一制备方法制备的锂离子电池三元正极材料，其特征在于该正极材料一次颗粒粒径为100?500nm;其产品收率高达95%以上；电化学性能在2.7?4.3V下进行充放电测试，测试结果表明在0.1C倍率下放电容量达160mAh/g以上，1C倍率下放电容量高达 140mAh/g。本专利技术与现有技术相比较具有以下有益的技术效果:1、本专利技术所述方法采用简单的工艺步骤制备前躯体，再经高温煅烧得到微纳结构的锂离子电池三元(LiNixCoyMi—x—y02)正极材料，在制备过程中不需要添加表面活性齐II，产品收率高达95 %以上，纯度亦高，电化学性能;有利于工业化生产。2、本专利技术所述方法制备的前躯体粒径小，有利于高温反应，故煅烧过程温度较低，时间较短，能耗少。3、本专利技术所述方法制备的锂离子电池三元(LiNixCo^—x—y02)正极材料的结晶度好，无明显团聚，其颗粒分布均勾，一次颗粒粒径为100?500nm。 4、本专利技术所述方法制备的锂离子电池三元(LiNixCo^—x—y02)正极材料的电化学性能优异，在2.7?4.3V下进行充放电测试，其结果表明在0.1C倍率下放电容量达160mAh/g以上，1C倍率下容量高达140mAh/g。【附图说明】图1是本专利技术实施例1所制备的裡尚子电池正极材料(1^祖0.33(>)().33]/[11().3302)的父射线衍射谱图；图2是本专利技术实施例2所制备的LiNiQ.5COQ.2Mn().302的X射线衍射谱图；图3是本专利技术实施例3所制备的LiNiQ.6COQ.2Mn().202的X射线衍射谱图；图4是本专利技术实施例4所制备的LiN1.sCouMn0.^的X射线衍射谱图；图5是本专利技术实施例5所制备的LiNiQ.8QCO().15Al().()502的X射线衍射谱图；图6是本专利技术实施例1所制备的LiNiQ.33CoQ.33Mn().3302的扫描电镜图；图7是本专利技术实施例1所制备的LiNiQ.33CoQ.33Mn().3302在0.1C倍率下的首次充放电曲线；图8是本专利技术实施例2所制备的LiNiQ.5CoQ.2Mn().302倍率性能图；图9是本专利技术实施例3所制备的LiN1.6Co0.2Mn0.2O2的循环性能图；图10是本专利技术实施例4所制备的LiN1.sCo0.1Mn0.!02在0.1C倍率下的首次充放电曲线；图11是本专利技术实施例5所制备的LiNiQ.8QCo().15Al().()502的扫描电镜图；图12是本专利技术实施例6本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种快速获得锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于依次包括以下工艺步骤：(1)原料的配备将锂盐、镍盐、钴盐和锰盐，或锂盐、镍盐、钴盐和铝盐过渡金属原料，按照设计的化学计量比称取，即按照锂盐：镍盐：钴盐：锰盐；或锂盐：镍盐：钴盐：铝盐的摩尔比均为(1.03～1.1):x:y:(1‑x‑y)称量原料；其中，x和y的摩尔比满足：0.33≤x≤0.80，0.10≤y≤0.33；(2)混合盐溶液配制将步骤(1)称量好的原料放入反应容器中，再加入溶剂将其溶解，配制成1～3mol/L的混合盐溶液；(3)前躯体制备将步骤(2)得到的混合盐溶液和氨水加入反应容器中反应，其中氨水的摩尔量为总过渡金属摩尔量的1～6倍；将其搅拌均匀后，放入温度为30～125℃的干燥箱中干燥，其干燥时间为5～18小时；干燥箱的工作压力为‑0.095～0MPa，干燥后得到前躯体粉末；(4)煅烧将步骤(3)得到的前躯体粉末置于管式炉中，在空气中或者氧气氛围下加热至650～900℃煅烧，然后再保温5～16小时；待自然冷却至室温，即制得微纳结构的锂离子电池三元正极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭孝东，滑纬博，钟本和，吴振国，郑卓，张继斌，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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