一种锂离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，其先在锂源溶液中加入络合剂，调节锂源溶液的pH至5‑7，得锂盐溶胶；将正极材料前驱体加入到锂盐溶胶中混合成浆料，边搅拌边加热蒸发溶液，得到干燥的凝胶；将干燥的凝胶进行煅烧，即得到锂离子电池正极材料。本发明专利技术中锂盐溶胶与正极材料前驱体接触面积大，有利于两者均匀混合，在高温焙烧过程中有利于促进反应的快速进行，节约了成本，制备的正极材料元素分布均与，有更优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有比能量高、循环稳定、电压平台高、自放电率低和环境友好的特点，因此在3C消费类电子和动力电池领域有着广泛的应用。本世纪初，在新能源领域迅猛发展的背景下，寻找储能密度更大、循环寿命更长、安全性能更佳的锂离子电池体系也成为了科研院所和企业的研究重点方向。高容量和高电压技术路线成为当今锂离子电池领域发展的主流方向。这两条技术路线所采用的正极材料主要包括了高电压的LiNi0.5Mn1.5O4材料，以及高容量的层状正极材料如一三元电极Li(NixCoyMn1-x-y)O2(0<x<1，0<y<1)，LiNixCo1-xO2(0≤x≤1)，富锂锰基电极xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Co,Mn，0<x<1))，Li(NixCoyAl1-x-y)O2(0<x<1，0<y<1)。常见的正极材料制备方法是将材料前驱体和Li2CO3机械混合，再经过高温煅烧处理，得到成品材料。但是机械混合的方法对前驱体形貌的破坏作用较大，例如三元材料前驱体采用共沉淀法制备，其形貌一般为亚微米一次晶粒团聚而成的二次球形颗粒。在未制成成品之前，其球形结构较为松散，如果采用机械混料，会造成前驱体形貌破碎，三元材料成品振实密度低，加工性能差的缺点。另一方面，机械混磨所需时间长，混料容易出现不均匀的现象，也会造成烧结过程中Li偏析，电极材料性能低的结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池电极材料的制备方法，用来改善锂离子电池正极材料的电化学性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在锂源溶液中加入络合剂，调节锂源溶液的pH至5-7，得锂盐溶胶；（2）将正极材料前驱体加入到锂盐溶胶中混合成浆料，边搅拌边加热蒸发溶液，得到干燥的凝胶；（3）将干燥的凝胶进行煅烧，即得到锂离子电池正极材料。进一步方案，所述步骤(1)中的锂源溶液中锂源为硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的至少一种。进一步方案，所述步骤(1)中的络合剂为氨水，络合剂的加入量是锂源摩尔量的1-1.5倍。进一步方案，所述步骤(1)中的锂盐溶胶的浓度为0.1-10mol/L。进一步方案，所述步骤(2)中的正极材料前驱体为NixCoyMn1-x-yO2或NixCoyMn1-x-y(OH)2或NixCoyAl1-x-yO2或NixCoyAl1-x-y(OH)2，其中0<x<1，0<y<1；或为MnxM1-xO2或NixCo1-xO2或NixCo1-x(OH)2，其中M=Ni、Co、Mn，0<x<1。进一步方案，所述步骤(2)中的锂盐溶胶与正极材料前驱体的摩尔比为0.98-1.2：1，所述混合成浆料中的固含量为40-70wt%。进一步方案，所述步骤(3)中的煅烧是在空气或氧气气氛中、温度为800~950℃煅烧10-18h。本专利技术中所提及的正极材料前驱体即为相应的正极材料金属盐的氢氧化物或氧化物。锂源溶液是将锂源溶解于水或酸中形成的溶液。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术加入络合剂氨水来络合锂离子，使体系更均匀；同时调节锂盐溶胶体系的pH至5-7，从而保证了锂溶胶中络合的锂离子不会沉淀析出，也保证锂溶胶的酸度不会腐蚀正极材料前驱体；(2)将正极材料前驱体加入到锂盐溶胶中混合成浆料，使该浆料中固含量为40-70%，保证溶胶体系与正极材料前驱体充分接触，并且在下一步干燥过程中缩短溶剂蒸发时间；(3)本专利技术所使用的方法能够让正极材料前驱体与锂源混合更均匀，混合过程有利于保持前驱体形貌，改善锂离子正极材料的电化学性能和加工性能；(4)本专利技术利用锂盐溶胶与正极材料前驱体接触面积大的特点，利于两者均匀混合，在高温焙烧过程中有利于促进反应的快速进行，节约了成本，制备的正极材料元素分布均与，有更优异的电化学性能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例1和对比例制备的正极材料所制成的扣电池首次充放电曲线；图2为本专利技术实施例1和对比例制备的正极材料倍率及循环图。具体实施方法下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细地描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1（1）将碳酸锂加入硝酸溶解后，进一步加入络合剂氨水，调节溶液的pH至7，得到浓度为2mol/L的锂盐溶胶；（2）将正极材料前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2加入到锂盐溶胶中混合成浆料，其中锂盐溶胶与正极材料前驱体的摩尔比为1.02：1，浆料中的固含量为60wt%，边搅拌边加热蒸发溶液，得到干燥的凝胶；（3）在空气中，将干燥的凝胶在870℃温度煅烧15h，即得到锂离子电池正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。对比例：将Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2前驱体和Li2CO3粉体按照摩尔比1:0.51比例进行机械混磨，然后将其在空气中以870℃温度煅烧15h，即得到锂离子电池正极材料。以质量比为0.8：0.1：0.1，将上述实施例1和对比例制备的正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2分别与导电炭黑和聚偏氟乙烯均匀混合后制成锂电池正极，其负极为金属锂片，然后分别测试其充放电性能，具体如图1、2所示。图1是首次充放电曲线。在0.1C倍率下，本专利技术制备的正极材料制成的锂电池的首次放电容量达到了180.5mAh/g，而对比例正极材料制成的锂电池的首次放电容量为173.3mAh/g，即本专利技术制备的正极材料相比较机械混磨法制成的正极材料的首次放电容量提高了4%。图2为正极材料的倍率及循环图。在2C倍率下，本专利技术锂溶胶法制备的正极材料的容量保持率为89.2%，比机械混磨法的87.0%有所提升。在1C充放循环100次后，本专利技术制备的正极材料的容量保持率达到了98%，比机械混磨法的91.0%明显改善。实施例2（1）将氧化锂锂加入硝酸溶解后，进一步加入络合剂氨水，调节溶液的pH至5，得到浓度为10mol/L的锂盐溶胶；（2）将正极材料前驱体Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2加入到锂盐溶胶中混合成浆料，锂盐溶胶与正极材料前驱体的摩尔比为1.2：1，浆料中的固含量为70wt%，边搅拌边加热蒸发溶液，得到干燥的凝胶；（3）在空气中，将干燥的凝胶在950℃温度煅烧10h，即得到锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。进一步方案，所述步骤(2)中的正极材料前驱体为NixCoyMn1-x-yO2或NixCoyMn1-x-y(OH)2或NixCoyAl1-x-yO2或NixCoyAl1-x-y(OH)2，其中0<x<1，0<y<1；或为MnxM1-xO2或NixCo1-xO2，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）在锂源溶液中加入络合剂，调节锂源溶液的pH至5‑7，得锂盐溶胶；（2）将正极材料前驱体加入到锂盐溶胶中混合成浆料，边搅拌边加热蒸发溶液，得到干燥的凝胶；（3）将干燥的凝胶进行煅烧，即得到锂离子电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在锂源溶液中加入络合剂，调节锂源溶液的pH至5-7，得锂盐溶胶；
（2）将正极材料前驱体加入到锂盐溶胶中混合成浆料，边搅拌边加热蒸发溶液，得到干燥的凝胶；
（3）将干燥的凝胶进行煅烧，即得到锂离子电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的锂源溶液中锂源为硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的络合剂为氨水，络合剂的加入量是锂源摩尔量的1-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的锂盐溶胶的浓度为0.1-10mol/L。
5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，李道聪，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34