镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：采用水热法制备晶种；将所述晶种进行共沉淀反应得到NixCoyMn1‑x‑y(OH)2前躯体；将所述前驱体与氢氧化锂或碳酸锂按Li：(Ni+Co+Mn)的摩尔比为1:1‑1.2混合，然后将混合物进行烧结处理，得中间体；将所述中间体与氢氧化锂混合，然后喷淋金属溶胶，得预包覆物；将所述预包覆物进行二次烧结，即得所述镍钴锰酸锂正极材料。上述制备方法得到的镍钴锰酸锂正极材料为单晶形貌，采用该正极材料的锂离子电池能量密度高，可达300wh/kg，且循环寿命可达到3000次。 1

Lithium cobalt manganate cathode materials and their preparation methods

The invention relates to a nickel cobalt manganic acid lithium cathode material and its preparation method. The preparation method comprises the following steps: preparation of crystal seed by hydrothermal method; co precipitation reaction of the species to obtain the NixCoyMn1 x y (OH) 2 precursor; the precursor is mixed with the molar ratio of Li: (Ni+Co+Mn) to the Li: (Ni+Co+Mn) of the lithium hydroxide or lithium carbonate. The mixture is then sintered to get the intermediate; the intermediate is mixed with the lithium hydroxide, and then the metal sol is sprinkled to cover the coating; the precoated material is sintered two times, that is, the lithium cobalt manganate cathode material is obtained. The nickel cobalt manganate cathode material obtained by the preparation method is single crystal morphology. The lithium ion battery with the cathode material has high energy density, up to 300wh/kg, and the cycle life can reach 3000 times. One

【技术实现步骤摘要】
镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料
，特别是涉及一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为新型的绿色能源，具有比能量高、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、无环境污染等优点，被广泛用于手机、笔记本电脑等电子产品；同时锂离子电池也是电动汽车电源和太阳能类再生能源的储能电源。正极材料采用低镍含量的镍钴锰酸锂类正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2如LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2等的锂离子电池，虽然循环寿命可以达到3000次，能满足电动汽车电池8年使用寿命的要求，但由于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O23.0-4.2V克容量只有160mAh/g左右、3.0-4.4V克容量也只有180mAh/g左右，导致电池能量密度只能达到200wh/kg左右，无法满足电动汽车单次充电续航500km的要求。正在开发中的高镍含量的镍钴锰酸锂正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2如LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.85Co0.1Al0.05O2等，其3.0-4.2V克容量可以达到180mAh/g以上，采用该类正极材料的锂离子电池的能量密度可以达到300wh/kg，满足电动汽车单次充电续航500km的要求，但其循环寿命只有2000次，无法达到3000次。因此，现有镍钴锰酸锂正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2制备技术仍有待改进。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种高能量密度且循环寿命长的锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2(0.5<x<1，0.05<y<0.2)的制备方法。具体的技术方案如下：一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：采用水热法制备NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种；将所述晶种进行共沉淀反应得到NixCoyMn1-x-y(OH)2前躯体；将所述前驱体与氢氧化锂或碳酸锂按Li：(Ni+Co+Mn)的摩尔比为1:1-1.2混合，然后将混合物进行烧结处理，得中间体；将所述中间体与氢氧化锂混合，氢氧化锂的用量为所述中间体质量的0.5-1％，然后喷淋金属溶胶，得预包覆物；将所述预包覆物进行二次烧结，即得所述镍钴锰酸锂正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2。在其中一些实施例中，所述水热法制备NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种，其中0.5<x<1，0.05<y<0.2，包括如下步骤：将醋酸镍、醋酸钴以及醋酸锰按所述晶种中Ni：Co：Mn的摩尔比混合溶于去离子水中，然后加入形貌引导剂得均相溶液体系，所述形貌引导剂的添加量为醋酸镍用量的1-5wt％；将所述均相溶液体系置于反应釜中，于120-200℃、0.2-0.6MPa下恒温3-12h，然后冷却过滤得所述NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种，所述晶种的粒径D50为0.5-1.5μm。在其中一些实施例中，所述形貌引导剂选自水溶性有机磺酸钠化合物中的一种或几种。在其中一些实施例中，所述共沉淀反应得到NixCoyMn1-x-y(OH)2前躯体，包括如下步骤：将所述晶种加入连续反应釜中，同时按所述晶种中Ni：Co：Mn的摩尔比加入硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰混合溶液，再加入氨水和NaOH溶液，控制体系pH值为10-12，温度为60-65℃，反应至D50为2-4μm，即得NixCoyMn1-x-y(OH)2前躯体。在其中一些实施例中，所述中间体的制备方法，包括如下步骤：所述前驱体与氢氧化锂或碳酸锂按Li：(Ni+Co+Mn)的摩尔比为1:1-1.2混合，加入烧结助剂，混合后于950-1050℃氧化气氛下热处理10-18h，再降温至700-800℃保温2-10h，得烧结产物；将所述烧结产物用50-60℃纯水洗涤10-20min，然后干燥至含水量<0.5wt％,得中间体。在其中一些实施例中，所述烧结助剂选自碱金属化合物、硼类化合物中的一种或几种，所述烧结助剂的添加量为所述前驱体质量的5-20％。在其中一些实施例中，所述金属溶胶选自氧化镁溶胶、氧化铝溶胶、氧化钛溶胶和氧化锆溶胶中的一种或几种；添加量为所述中间体质量的1-3％。在其中一些实施例中，所述二次烧结的工艺参数为：将所述预包覆物于550-750℃氧化气氛下热处理3-5h，再于950-1000℃下保温1-3h。本专利技术的另一目的是提供上述制备方法制备得到镍钴锰酸锂正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2。本专利技术的另一目的是提供一种锂离子电池，包括上述镍钴锰酸锂正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2。上述镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，采用水热法与共沉淀法相结合的方式，可以合成得到密实的小颗粒前驱体(粒径在2-4μm)；烧结步骤中添加了烧结助剂(优选为碱金属化合物、硼类化合物中的一种或几种)，该烧结助剂在烧结温度下是熔融状态，有利于锂元素更好地与前驱体结合；包覆步骤中采用氧化金属溶胶进行包覆，能使得金属氧化物更均匀地包覆于中间体，二次烧结通过控制温度和时间能够得到所需的金属氧化物的晶型。上述制备方法得到的镍钴锰酸锂正极材料的形貌特征为：单晶形貌，具金属氧化物包覆层，较低的残锂量，克容量可到200mAh/g，采用该正极材料的锂离子电池能量密度高，可达300wh/kg，且循环寿命可达到3000次。附图说明图1为实施例1合成得到的前驱体的电镜照片图；图2为实施例1合成得到的镍钴锰酸锂正极材料的电镜照片图；图3为对比例1合成得到的前驱体的电镜照片图；图4为对比例1合成得到的镍钴锰酸锂正极材料的电镜照片图；图5为实施例1和对比例1得到的镍钴锰酸锂正极材料循环寿命对比图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例1一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：采用水热法制备NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种，其中x＝0.8，y＝0.1：将醋酸镍、醋酸钴以及醋酸锰按Ni：Co：Mn的摩尔比为8:1:1混合溶于去离子水中，然后加入形貌引导剂(具体为十二烷基苯磺酸钠)得均相溶液体系，所述形貌引导剂的添加量为醋酸镍用量的8wt％；将所述均相溶液体系置于反应釜中，于150℃、0.4MPa下恒温10h，然后冷却至25℃，过滤得所述NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种，所述晶种的粒径D50为0.5-1.5μm。将所述晶种进行共沉淀反应得到NixCoyMn1-x-y(OH)2前躯体：将所述晶种加入连续反应釜中，同时按Ni：Co：Mn的摩尔比为8:1:1加入硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰混合溶液，再加入氨水和NaOH溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：采用水热法制备NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种；将所述晶种进行共沉淀反应得到NixCoyMn1-x-y(OH)2前躯体；将所述前驱体与氢氧化锂或碳酸锂按Li：(Ni+Co+Mn)的摩尔比为1:1-1.2混合，然后将混合物进行烧结处理，得中间体；将所述中间体与氢氧化锂混合，氢氧化锂的用量为所述中间体质量的0.5-1％，然后喷淋金属溶胶，得预包覆物；将所述预包覆物进行二次烧结，即得所述镍钴锰酸锂正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热法制备NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种，其中0.5<x<1，0.05<y<0.2，包括如下步骤：将醋酸镍、醋酸钴以及醋酸锰，按所述晶种中Ni：Co：Mn的摩尔比混合溶于去离子水中，然后加入形貌引导剂，得均相溶液体系，所述形貌引导剂的添加量为醋酸镍用量的1-5wt％；将所述均相溶液体系置于反应釜中，于120-200℃、0.2-0.6MPa下恒温3-12h，然后冷却过滤得所述NixCoyMn1-x-y(OH)2晶种，所述晶种的粒径D50为0.5-1.5μm。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述形貌引导剂，选自水溶性有机磺酸钠化合物中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应得到NixCoyMn1-x-y(OH)2前躯体，包括如下步骤：将所述晶种加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振豪，陈步青，
申请(专利权)人：昶联金属材料应用制品广州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44