一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法技术

本发明专利技术属于电化学能量存储材料技术领域，具体涉及一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法。包括如下步骤：将LiNO

One step sol-gel process for preparing high specific capacity NCM622 materials

【技术实现步骤摘要】
一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法
本专利技术属于电化学能量存储材料
，具体涉及一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池以其高能量密度、低污染、无记忆等特点被广泛应用于现代便携式电子设备中，成为二次电池中最具竞争力和发展潜力的一种，在混合动力车和纯动力车方面有着广阔的市场。与负极材料相比，正极材料是决定锂离子电池电化学性能的关键材料之一。目前商用的正极材料主要是LiCoO2，但其成本高、毒性大、钴资源稀少，不适合大功率电池的要求且LiCoO2对环境有一定的污染。三元正极材料镍钴锰酸锂NCM622材料因其比LiCoO2具有更高的充放电容量、优异的循环性能和稳定的结构而被广泛研究，且为三元材料中Li+传递速率最快的组成，被认为是一种很有前途的替代LiCoO2的正极材料。因具有高容量的优势，适用温度范围广，低成本的优势，已成为最具潜力的正极材料之一。三元材料NCM622即LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1)]综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4三种材料的优点，Co能有效减少锂层与过渡金属层的阳离子混合，稳定化合物层状结构，从而使锂离子的脱嵌更容易，且能提高材料的导电性和改善其充放电性能；引入Mn能降低材料成本，提高材料的安全性和稳定性。引入Ni可提高材料的容量；但是众所周知三元材料中Ni的含量越高，其可逆容量越高，但同时也会导致材料对水分更加敏感。目前较为成熟的三元材料的制备方法主要有：固相法、共沉淀法、喷雾干燥法、溶胶凝胶法等。其中固相法是通过简单的机械混合，其工艺相对简单，具有工业化生产的优势，但难以控制产物颗粒尺寸及均匀度、晶粒形态和性质，并且固相法所制备的材料多为微米级，很难制备出粒径均一，电化学性能稳定的三元材料；共沉淀法在制备粉体的过程中从共沉淀、晶粒长大到沉淀的漂洗、干燥、煅烧的每一个阶段均可能导致颗粒长大及团聚体的形成，并且原料的浓度、滴加速度、搅拌速度、pH值、反应温度等都对所制备的材料具有较大影响；喷雾干燥法是一种较容易获得具有原子级均匀混合和球状形貌的前驱体合成方法，其工艺简单，较易控制产物化学计量比，但该工艺所需的设备较复杂、能耗高、占地面积大，导致生产成本高，使得生产受到限制；溶胶凝胶法能有效地排除不同金属离子之间的差异，可在短时间内实现反应物在分子水平上均匀混合，溶胶凝胶法有利于制备尺度分布均匀的亚微米级和纳米级材料，制备方法简单、生产成本低。三元材料的一般合成方法通常涉及通过共沉淀法首先获得混合氢氧化物前驱体(NixMnyCoz)(OH)2，然后与锂化合物进行煅烧，原料混合均匀方面存在着不可控性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法。本专利技术通过形成均一溶液的方法，保证原材料的均匀混合，采用一步法制备得到目标产物，再经过高温煅烧得到最终产物的方法。由于在煅烧步骤中不必通过固态工艺将锂整合到基质中，使得制备工艺更加简单，得到的产物更加可控，所制备的NCM622材料作为正极材料组装的扣式电池在0.1C、电位窗口为3.0～4.3V的测试条件下，其比容量可达191.2mAh/g，明显高于目前工业化生产的NCM622的比容量(170～175mAh/g)。为了实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案为：一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、按摩尔比计算，将LiNO3:Ni(NO3)2.6H2O:Co(NO3)2.6H2O:Mn(NO3)2.4H2O按照(1+x):0.6:0.2:0.2的比例溶于一定体积的去离子水中，搅拌溶解得到溶液A；其中x为0-15％；S2、称取适量的柠檬酸、乙二醇溶于适量的无水乙醇中搅拌溶解得到溶液B；S3、在磁力搅拌下，将A加入到B中形成均匀的溶液C；S4、向溶液C中加入适量的聚乙二醇-600，搅拌至形成溶液D；S5、将溶液D放入烘箱中加热80℃至形成凝胶状，将其移至马弗炉中，先450℃煅烧7h，经研磨过筛后再800℃～950℃煅烧12h～15h，即得到NCM622。进一步，Ni(NO3)2·6H2O、柠檬酸和乙二醇的溶液摩尔浓度比为依次为0.6molL-1、1.2molL-1和4.8molL-1。进一步，Mn(NO3)2.4H2O与聚乙二醇-600的摩尔比为1:1.5。进一步，去离子水与乙二醇的体积比为1:1。进一步，得到的NCM622其放电比容量为168.7-191.2mAh/g，库伦效率为98.84-99.89％。更进一步，上述方法得到的NCM622其放电比容量为168.7-191.2mAh/g，库伦效率为98.84-99.89％。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术提供了一种简单的一步溶胶凝胶法，制备同时具有高比容量和高库伦效率的材料，用于锂离子电池正极材料。与现有技术相比，本专利技术采用更为简便、安全的技术方案，所得材料在具有高储能容量的同时具有高库伦效率，在储能器件的实际应用中具有重要意义。本专利技术通过形成均一溶液的方法，保证原材料的均匀混合，采用一步法制备得到目标产物，再经过高温煅烧得到最终产物的方法。由于在煅烧步骤中不必通过固态工艺将锂整合到基质中，使得制备工艺更加简单，得到的产物更加可控，所制备的NCM622材料作为正极材料组装的扣式电池在0.1C、电位窗口为3.0～4.3V的测试条件下，其比容量可达191.2mAh/g，明显高于目前工业化生产的NCM622的比容量(170～175mAh/g)。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的高比容量NCM622材料的充放电曲线图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：本专利技术公开了一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法，包括如下步骤：S1、按摩尔比计算，将LiNO3:Ni(NO3)2.6H2O:Co(NO3)2.6H2O:Mn(NO3)2.4H2O按照(1+x):0.6:0.2:0.2的比例溶于一定体积的去离子水中，搅拌溶解得到溶液A；其中x为0-15％；S2、称取适量的柠檬酸、乙二醇溶于适量的无水乙醇中搅拌溶解得到溶液B；Ni(NO3)2·6H2O、柠檬酸和乙二醇的溶液摩尔浓度比为依次为0.6molL-1、1.2molL-1和4.8molL-1；S3、在磁力搅拌下，将A加入到B中形成均匀的溶液C；S4、向溶液C中加入适量的聚乙二醇-600，搅拌至形成溶液D；S5、将溶液D放入烘箱中加热至形成凝胶状，将其移至马弗炉中，先低温煅烧一定时间，经研磨过筛后再高温煅烧一定时间，即得到NCM622。优选的，S4中烘箱加热温度为80℃；马弗炉中煅烧温度为450℃，煅烧时间7h；经研磨及过筛后煅烧温度为800℃～950℃，煅烧12h～15h。由于在煅烧步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法，其特征在于：包括如下步骤，/nS1、按摩尔比计算，将LiNO

【技术特征摘要】
1.一种一步溶胶凝胶法制备高比容量NCM622材料的方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、按摩尔比计算，将LiNO3:Ni(NO3)2·6H2O:Co(NO3)2·6H2O:Mn(NO3)2·4H2O按照(1+x):0.6:0.2:0.2的比例溶于一定体积的去离子水中，搅拌溶解得到溶液A；其中x为0-15％；
S2、称取适量的柠檬酸、乙二醇溶于适量的无水乙醇中搅拌溶解得到溶液B；
S3、在磁力搅拌下，将A加入到B中形成均匀的溶液C；
S4、向溶液C中加入适量的聚乙二醇-600，搅拌至形成溶液D；
S5、将溶液D放入烘箱中加热80℃至形成凝胶状，将其移至马弗炉中，先450℃煅烧7h，经研磨过筛后再800℃～950℃煅烧12h～15h，即得到NCM622。


2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜男，宁凡雨，倪旺，宗军，许寒，刘逸骏，丁飞，刘兴江，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12