合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法。所述方法包括以下步骤：(1)配制摩尔比为镍：钴：锰＝x：y：(1-x-y)的混合盐溶液；(2)向(1)中加入造孔剂，混匀；(3)将(2)获得的混合溶液与络合剂、沉淀剂并流且控制流量加入进行共沉淀反应处理；(4)将(3)的反应产物进行焙烧处理，获得多孔状镍钴锰氧化物；(5)按摩尔比为锂：镍钴锰＝(1.05～1.5):1的比例将可溶性锂盐和所述多孔状镍钴锰氧化物进行水热合成处理。本发明专利技术获得的镍钴锰正极材料具有高的比表面积、颗粒分布均匀、形貌规整、振实密度大等特点。

Method for synthesizing nickel cobalt manganese positive electrode material of lithium ion battery

The invention discloses a method for synthesizing a lithium cobalt manganese cathode material of a lithium ion battery. The method comprises the following steps: (1) preparation of nickel cobalt manganese:: molar ratio = x:y: (1-x-y) of the mixed salt solution; (2) to (1) adding pore forming agent, mixing; (3) to (2) obtained mixed solution and complexing agent, precipitating agent and flow and flow control by adding co precipitation reaction; (4) to (3) the reaction products were calcined to obtain porous Zhuangnie cobalt manganese oxide; (5) molar ratio of lithium nickel cobalt manganese = (1.05 ~ 1.5): 1 the proportion of soluble lithium salt and the porous Zhuangnie cobalt manganese oxide hydrothermal synthesis process. The nickel cobalt manganese anode material obtained by the invention has the characteristics of high specific surface area, uniform particle distribution, regular appearance and large density of vibration.

【技术实现步骤摘要】
合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法
本专利技术涉及锂离子正极材料
，尤其涉及一种合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法。
技术介绍
随着科学技术的发展、生产力水平的提高以及现代人们生活节奏的不断加快，能量的快速转化、稳定储存和便捷可循环使用越来越重要，由此诞生了一系列的能源转化与储存装置。在所有的能源转化与储存装置中，铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容器等获得了不同程度的发展。锂离子电池因其集电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等众多优点而倍受关注，已经成为现代电子产品中不可或缺的配套电源。但随着电子信息技术的快速发展，人们对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。而正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，影响着锂离子电池的性能，因此，它的发展也最值得关注。在现有锂离子电池正极材料中，镍钴锰三元正极材料具有高比容量、循环性能稳定、安全性能较好且成本较低等特点，被认为是较好的取代LiCoO2的正极材料。目前制备镍钴锰三元正极材料的方法主要有共沉淀结合高温焙烧法和水热合成法。其中，共沉淀结合高温焙烧法制备镍钴锰三元材料时，具有可控性好，合成的材料球形度高，但是这种方式处理过程中，由于高温煅烧阶段在相界面进行，固相之间的接触非常有限，因此往往需要在高温下烧结较长时间才能获得具有均一化性质的材料，生产周期长，耗能大，成本高。而水热合成法虽然可以实现原料在分子水平上的混匀，缩短反应物之间的扩散距离，有效的降低反应温度，缩短反应时间，但是此合成方法制备的材料颗粒度不易控制，球形度差，获得的镍钴锰三元材料用于锂离子电池时，锂离子电池的倍率性能和循环性能较差，能量密度较低。
技术实现思路
针对上述现有技术中共沉淀结合高温焙烧合成镍钴锰三元材料时高温烧结周期长、耗能大、成本高及水热合成时球形度差、倍率性能和循环性能较差、能量密度较低等问题，本专利技术实施例的目的在于提供了一种合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法，至少包括以下步骤：步骤S01.配制摩尔比为镍：钴：锰＝x：y：(1-x-y)的混合盐溶液；步骤S02.向所述混合盐溶液中加入造孔剂，混匀；步骤S03.将步骤S02获得的混合溶液与络合剂、沉淀剂并流且控制流量加入含有反应底液的反应装置中进行共沉淀反应处理；步骤S04.将步骤S03中获得的反应产物进行焙烧处理，获得多孔状镍钴锰氧化物；步骤S05.按照摩尔比为锂：镍钴锰＝(1.05～1.5):1的比例将可溶性锂盐和所述多孔状镍钴锰氧化物置于反应装置中进行水热合成处理；其中，1/3≤x≤0.8，0.1≤y≤1/3，0.1≤(1-x-y)≤1/3。本专利技术上述实施例提供的合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法，通过向混合盐溶液中加入造孔剂，有利于焙烧后形成的镍钴锰氧化物具有一定的孔洞结构，一方面有利于水热合成时锂离子的扩散，另一方面有利于提高镍钴锰正极材料的比表面积；同时，混合溶液、络合剂、沉淀剂并流加入进行共沉淀反应，通过控制各个溶液共沉淀反应时加入的流量，使得获得的产物颗粒分布均匀、形貌规整，更重要的是提高了材料的振实密度，进而用于锂离子电池正极时，具有良好的充放电性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。值得注意的是，本申请中涉及的镍钴锰正极材料与镍钴锰三元材料均表示同一个意思。本专利技术实施例提供一种合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法，该方法至少包括以下步骤：步骤S01.配制摩尔比为镍：钴：锰＝x：y：(1-x-y)的混合盐溶液；步骤S02.向所述混合盐溶液中加入造孔剂，混匀；步骤S03.将步骤S02获得的混合溶液与络合剂、沉淀剂并流且控制流量加入含有反应底液的反应装置中进行共沉淀反应处理；步骤S04.将步骤S03中获得的反应产物进行焙烧处理，获得多孔状镍钴锰氧化物；步骤S05.按照摩尔比为锂：镍钴锰＝(1.05～1.5):1的比例将可溶性锂盐和所述多孔状镍钴锰氧化物置于反应装置中进行水热合成处理。其中，上述步骤S01中采用可溶性的镍盐、钴盐、锰盐作为混合盐溶液的原料，可溶性盐有利于混合均匀。更为优选地，原料中的镍盐、钴盐及锰盐均选用各自对应的硫酸盐。在任一实施例中，1/3≤x≤0.8，0.1≤y≤1/3，0.1≤(1-x-y)≤1/3。上述步骤S02中的造孔剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(别称P123)。优选地，P123的加入量占到混合溶液质量分数的0.5％-2.0％。当P123的加入量少于0.5％时，制得的镍钴锰三元材料孔隙结构少，不利于锂离子的扩散；当P123的加入量大于2.0％时，制得的镍钴锰三元材料孔隙过多，材料的振实密度较低，影响电池材料的充放电循环性能。P123在共沉淀反应中，不参与化学反应，只是嵌入穿插于反应产物NixCoyMn(1-x-y)(OH)2中，反应获得P123-NixCoyMn(1-x-y)(OH)2。在混合盐溶液与P123混合过程中，为了获得充分均匀的混合溶液，可以采用人工搅拌或者机械搅拌。上述步骤S03中，反应装置采用水热反应釜。在加入混合溶液、络合剂及沉淀剂进行共沉淀反应之前，需先向反应装置中加入适量的反应底液，以保证反应初期，镍钴锰前躯体一次颗粒细小且均匀的分散，反应底液由去离子水、络合剂及沉淀剂以任意比例形成。反应底液中络合剂、沉淀剂的优选浓度分别与共沉淀反应所用的络合剂、沉淀剂浓度对应，且反应底液的pH控制在9.5-11.5范围内。混合溶液、络合剂、沉淀剂并流加入反应装置时，优选地，混合溶液的流量为90-95L/h，络合剂的流量为7-17L/h，沉淀剂的流量为19-36L/h。控制混合溶液、络合剂及沉淀剂三者的流量，有利于获得颗粒分布均匀、形貌规整的镍钴锰三元材料前躯体，同时确保材料具有较高的振实密度。作为优选地，络合剂为浓度为4-8g/L的氨水，沉淀剂为浓度1-5mol/L的氢氧化钠溶液，以使所制备的镍钴锰三元材料前躯体具有良好的球形度、高堆积密度和大的晶粒。水热后所得的镍钴锰三元材料具有良好的加工性能和充放电性能。在整个共沉淀反应过程中，为了提高反应的活性及降低产物的差异性，需确保反应装置内的反应液在恒定的温度。优选地，反应温度为50-70℃。温度过高，一次颗粒生长迅速，生成的镍钴锰三元材料前躯体一次颗粒太大，电池材料充放电比容量降低；而温度过低，生成的镍钴锰三元材料均为细小颗粒，成球性较差。为了更好的对共沉淀反应获得的产物进行焙烧处理，步骤S03反应结束，将反应产物进行固液分离、用去离子水反复洗涤，并在100-120℃条件下干燥，然后再进行焙烧。进一步优选地，采用60℃的去离子水作为洗涤液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法，至少包括以下步骤：步骤S01.配制摩尔比为镍：钴：锰＝x：y：(1‑x‑y)的混合盐溶液；步骤S02.向所述混合盐溶液中加入造孔剂，混匀；步骤S03.将步骤S02获得的混合溶液与络合剂、沉淀剂并流且控制流量加入含有反应底液的反应装置中进行共沉淀反应处理；步骤S04.将步骤S03中获得的反应产物进行焙烧处理，获得多孔状镍钴锰氧化物；步骤S05.按照摩尔比为锂：镍钴锰＝(1.05～1.5):1的比例将可溶性锂盐和所述多孔状镍钴锰氧化物置于反应装置中进行水热合成处理；其中，1/3≤x≤0.8，0.1≤y≤1/3，0.1≤(1‑x‑y)≤1/3。

【技术特征摘要】
1.一种合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法，至少包括以下步骤：步骤S01.配制摩尔比为镍：钴：锰＝x：y：(1-x-y)的混合盐溶液；步骤S02.向所述混合盐溶液中加入造孔剂，混匀；步骤S03.将步骤S02获得的混合溶液与络合剂、沉淀剂并流且控制流量加入含有反应底液的反应装置中进行共沉淀反应处理；步骤S04.将步骤S03中获得的反应产物进行焙烧处理，获得多孔状镍钴锰氧化物；步骤S05.按照摩尔比为锂：镍钴锰＝(1.05～1.5):1的比例将可溶性锂盐和所述多孔状镍钴锰氧化物置于反应装置中进行水热合成处理；其中，1/3≤x≤0.8，0.1≤y≤1/3，0.1≤(1-x-y)≤1/3。2.如权利要求1所述的合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法，其特征在于：控制所述步骤S03中混合溶液、络合剂、沉淀剂加入时的流量分别为90～95L/h、7～17L/h、19～36L/h。3.如权利要求1-2任一所述的合成锂离子电池镍钴锰正极材料的方法，其特征在于：所述焙烧温度为350-500℃，焙烧3-6h。4.如权利要求1-2任一所述的合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，张云河，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42