一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法。采用乙醇溶液作为底液，将混合盐溶液、混合碱性溶液加入底液中制备高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料，其包括以下步骤：（1）将镍、钴和锰的混合盐溶液、碳酸钠和氨水的混合碱性溶液加入底液中，加热搅拌后形成悬浮液，过滤，取固体，洗涤，干燥，得三元前驱体；（2）按摩尔比为Li:(Ni+Co+Mn)=1‑1.2:1的比例，将锂盐与三元前驱体混合，研磨，低温预烧结，保温烧结，冷却，得到高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料。本发明专利技术具有不需要使用添加剂或助剂，获得颗粒均匀分散的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料,有利于提高电池的循环稳定性的有益效果。

A high crystalline submicron nickel cobalt manganese ternary anode material and its preparation method

The invention discloses a high crystalline submicron nickel cobalt manganese ternary positive material and a preparation method thereof. Using ethanol solution as the bottom solution, the mixed salt solution and the mixed alkaline solution are added into the bottom solution to prepare the high crystalline submicron nickel cobalt manganese ternary anode material, which includes the following steps: (1) adding the mixed salt solution of nickel, cobalt and manganese, the mixed alkaline solution of sodium carbonate and ammonia water into the bottom solution, heating and stirring to form the suspension, filtering, taking the solid, washing and drying to obtain The main results are as follows: (2) when the molar ratio is Li: (Ni + CO + Mn) = 1 \u2011 1.2:1, lithium salt and ternary precursor are mixed, grinded, pre sintered at low temperature, heat preservation sintered and cooled to obtain high crystalline submicron nickel cobalt manganese ternary positive material. The invention has the advantages of obtaining a high crystalline submicron nickel cobalt manganese ternary positive material with uniformly dispersed particles without the use of additives or auxiliaries, which is beneficial to improving the cycle stability of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种镍钴锰三元正极材料，特别是一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低及对环境污染小等优点，已经被广泛应用于各种便携式电子数码产品。近年来，新能源汽车产业的迅速兴起对锂离子电池性能提出了更高的要求，在满足安全及循环性能的同时，还必须具备高的能量密度。其中正极材料特性是决定锂离子电池性能的关键因素。在已开发的正极材料中，三元镍钴锰材料因比容量大而备受研究者青睐。但大部分制备的三元正极材料均为由一次颗粒团聚而成的二次类球型颗粒，这种一次颗粒结晶性较差，形成的二次颗粒压实密度较低，而且在电池充放电过程中二次颗粒容易破碎，使得循环稳定性下降。针对上述问题，研究者制备出了微米级单晶三元正极材料，2017年公开的CN106410182A一种高压实密度微米级单晶三元正极材料的制备方法中，通过加入添加剂及在氧气和氮气的混合气体中煅烧获得高压实密度的微米级单晶三元正极材料，但此过程需要添加剂的加入，并需要氧气和氮气的混合气体，所得材料粒度较大，最大粒径约7μm，大尺寸在一定程度上增大了锂离子及电子在材料中的输运距离，从而影响性能。也有研究者（KimY.Lithiumnickelcobaltmanganeseoxidesynthesizedusingalkalichlorideflux:morphologyandperformanceasacathodematerialforlithiumionbatteries[J].ACSappliedmaterials&interfaces,2012,4(5):2329-2333.）采用KCl或NaCl等助熔剂在高温下合成了一次颗粒的三元正极材料，但是此过程需要助溶剂，并需要在高温800-1000℃下烧结，增加了成本。针对上述问题，本专利技术诣在专利技术一种简单不使用任何添加剂或助剂的合成技术，制备高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料，并提高其性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法，本专利技术具有不需要使用添加剂或助剂，获得颗粒均匀分散的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料,有利于提高电池的循环稳定性的特点。本专利技术的技术方案：一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法，采用乙醇溶液作为底液，将混合盐溶液、混合碱性溶液加入底液中制备高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料，其包括以下步骤：（1）将镍、钴和锰的混合盐溶液、碳酸钠和氨水的混合碱性溶液加入底液中，加热搅拌后形成悬浮液，过滤，取固体，洗涤，干燥，得三元前驱体；（2）按元素摩尔比为Li:(Ni+Co+Mn)=1-1.2:1的比例，将锂盐与三元前驱体混合，研磨，低温预烧结，保温烧结，冷却，得到高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料。前述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法中，所述步骤（1）中，镍、钴和锰的混合盐溶液为硫酸盐、硝酸盐或和氯化盐中的一种或多种混合物，镍、钴和锰的混合盐溶液中Ni、Co、Mn元素的摩尔比为x:y:z，其中3≤x≤6，2≤y≤3，2≤z≤3。前述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法中，所述步骤（1）中，镍、钴和锰的混合盐溶液中镍、钴和锰金属元素的总摩尔浓度为0.25-2mol/L。前述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法中，所述步骤（1）中，碳酸钠和氨水的混合碱性溶液中碳酸钠浓度为0.5-2mol/L，氨水浓度为0.2-1mol/L。前述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法中，所述步骤（1）中，乙醇溶液作为底液，溶剂为水，乙醇的体积分数为20-50%。前述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法中，所述步骤（1）中，将镍、钴和锰的混合盐溶液、碳酸钠和氨水的混合碱性溶液加入底液中后，PH值为7-10，在转速为300-1200r/min，温度为35-60℃下加热搅拌5-10h后形成悬浮液，过滤，取固体，洗涤3-5次，在干燥温度为80-110℃的鼓风干燥箱中，干燥10-14h，得三元前驱体。前述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法中，所述步骤（2）中，锂盐为氢氧化锂、碳酸锂或硝酸锂中的一种。前述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法中，所述步骤（2）中，在300-600℃下空气中低温预烧结2-6h，然后在650-900℃下保温烧结8-12h。优选的，所述步骤（2）中，在500℃下空气中低温预烧结5h，然后在850℃下保温烧结10h。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术采用分散性良好的乙醇溶液作为底液，得到了高结晶亚微米级的镍钴锰三元材料，高结晶有利于降低阳离子混排，且本专利技术的高结晶亚微米级的镍钴锰三元材料是高结晶亚微米级一次颗粒，而非常规的二次颗粒，微米级尺寸相对于常规的二次团聚颗粒有利于缩短锂离子和电子在材料中的传输路径，提高其电化学性能。2、本专利技术得到的为一次分散颗粒，能避免二次颗粒的粉化问题，有利于提高材料的压实密度及循环稳定性。实验证明：申请人从实施例1-5中任意取其中三个实施例（1）、（2）和（3）制备得到高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料，分别检测高结晶亚微米级镍钻锰三元正极材料的XRD图谱、SEM图及在3-4.5V电位区间以0.2C进行恒流充放电前30周放电容量图，结果如下所示：1、实施例（1）制备的材料的XRD、SEM如图1、2所示，结果表明所得正极材料为纯相且为层状结构，具有较好的结晶度。SEM图表明，材料为一次分散颗粒，结晶性高，颗粒的粒径在0.2-0.5μm，即本方案得到了高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料。如图3为实施例（1）制备的材料在3-4.5V电位区间以0.2C进行恒流充放电前30周放电容量图。可以看出，本方案制备的三元正极材料在循环30周后有很好的容量保持率。2、实施例（2）制备的材料的XRD、SEM如图4、5所示，结果表明所得正极材料为纯相且为层状结构，具有较好的结晶度。SEM图表明，材料为一次分散颗粒，结晶性高，颗粒的粒径在0.2-0.5μm，即本方案得到了高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料。如图6为实施例（2）材料在3-4.5V电位区间以0.2C进行恒流充放电前30周放电容量图。可以看出，本方案制备的三元正极材料在循环30周后有很好的容量保持率。3、实施例（3）制备的材料的XRD、SEM如图7、8所示，结果表明所得正极材料为纯相且为层状结构，具有较好的结晶度。SEM图表明，材料为一次分散颗粒，结晶性高，颗粒的粒径在0.2-0.6μm，即本方案得到了高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料。如图9为实施例（3）制备的材料在3-4.5V电位区间以0.2C进行恒流充放电前30周放电容量图。可以看出，本方案制备的三元正极材料在循环30周后有很好的容量保持率。通过以上可以看出，本专利技术所得正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法，其特征在于：采用乙醇溶液作为底液，将混合盐溶液、混合碱性溶液加入底液中制备高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料，其包括以下步骤：/n（1）将镍、钴和锰的混合盐溶液、碳酸钠和氨水的混合碱性溶液加入底液中，加热搅拌后形成悬浮液，过滤，取固体，洗涤，干燥，得三元前驱体；/n（2）按元素摩尔比为Li:(Ni+Co+Mn)=1-1.2:1的比例，将锂盐与三元前驱体混合，研磨，低温预烧结，保温烧结，冷却，得到高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法，其特征在于：采用乙醇溶液作为底液，将混合盐溶液、混合碱性溶液加入底液中制备高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料，其包括以下步骤：
（1）将镍、钴和锰的混合盐溶液、碳酸钠和氨水的混合碱性溶液加入底液中，加热搅拌后形成悬浮液，过滤，取固体，洗涤，干燥，得三元前驱体；
（2）按元素摩尔比为Li:(Ni+Co+Mn)=1-1.2:1的比例，将锂盐与三元前驱体混合，研磨，低温预烧结，保温烧结，冷却，得到高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料。


2.根据权利要求1所述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，镍、钴和锰的混合盐溶液为硫酸盐、硝酸盐或/和氯化盐中的一种或多种混合物，镍、钴和锰的混合盐溶液中Ni、Co、Mn元素的摩尔比为x:y:z，其中3≤x≤6，2≤y≤3，2≤z≤3。


3.根据权利要求1所述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，镍、钴和锰的混合盐溶液中镍、钴和锰金属元素的总摩尔浓度为0.25-2mol/L。


4.根据权利要求1所述的高结晶亚微米级镍钴锰三元正极材料及其制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴新义，解艳芳，吴复忠，李军旗，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52