一种锂离子电池三元正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，涉及锂离子电池技术领域，包括以下步骤：将镍源、钴源、锰源、锂源溶于水中，再加入丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和引发剂，搅拌反应，得混合液；将多孔陶瓷置于混合液中浸润；将浸润后的多孔陶瓷取出，微波加热至凝胶化燃烧，然后分离出多孔陶瓷，得前驱体粉体，烧结，即得。本发明专利技术是利用丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯原位聚合反应，形成高分子网络固定三元正极材料原料中的金属离子，使得原料能够达到分子级均匀混合，加入的多孔陶瓷能够很好地将反应物溶液吸收在其微米级的腔体内，微波过程中受热均匀，避免了凝胶团聚体出现，制得的粉体蓬松，粒径小且分布窄，活性高、电化学性能优。电化学性能优。电化学性能优。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池三元正极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池三元正极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]目前石油资源日益紧缺，环境污染严重，为了解决以上问题，发展电动汽车和混合动力汽车是主要方法之一。然而长期以来，电动汽车的发展受到动力电池技术发展的制约。正极材料是制约当今锂离子电池的瓶颈问题之一，正极材料比容量的大小直接决定锂电池的比容量，影响其实际用途，因此制备性能优异的正极材料对于获得性能优良的锂离子电池非常重要。
[0003]三元正极材料已成为研发生产的热点。对于三元正极材料，现有的制备方法主要有固相反应法、共沉淀法、溅射法、溶胶凝胶法、燃烧法等。但上述现有制备方法却存在一定的弊端，比如，固相反应法因其原料混合存在不均匀从而导致最终产物的电化学性能不够好；共沉淀法条件苛刻，需要控制反应溶液的pH值、浓度、温度、搅拌速度等条件，并需要在保护气氛下进行，前驱体制备好后需要进一步的混锂，工艺步骤较长；溅射法是比较新的方法，但是对设备要求较高；溶胶凝胶法一般以柠檬酸为螯合剂，原料成本高，反应条件不易控制，且柠檬酸对不同金属离子配位选择性上的差异造成溶胶体系中部分金属离子的偏析，从而影响产品的均一性和稳定性；传统的燃烧法，在加热浓缩和凝胶化过程中容易发生局部受热不均而生成凝胶团聚体现象，这使得部分凝胶未能燃烧从而影响得到的粉体品质与收率，且在凝胶化过程中甘氨酸、柠檬酸或尿素等螯合剂对金属离子配位选择性也存在差异，也易造成金属离子的偏析，同时在燃烧过程中伴随着高温，易发生反应物喷射而造成损失。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，制得的粉体蓬松，粒径小且分布窄，易粉碎，具有活性高、电化性能优等特点。
[0005]本专利技术提出的一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将镍源、钴源、锰源、锂源溶于水中，再加入丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和引发剂，搅拌反应，得混合液；
[0007]S2、将多孔陶瓷置于混合液中浸润；
[0008]S3、将浸润后的多孔陶瓷取出，微波加热至凝胶化燃烧，然后分离出多孔陶瓷，得前驱体粉体；
[0009]S4、将前驱体粉体烧结，即得三元材料粉体。
[0010]优选地，所述镍源为乙酸镍、氯化镍、硝酸镍、硫酸镍中的一种或一种以上；所述钴源为乙酸钴、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或一种以上；所述锰源为乙酸锰、氯化锰、硝酸锰、硫酸锰中的一种或一种以上；所述锂源为乙酸锂、硝酸锂、柠檬酸锂中的一种或一种
以上。
[0011]优选地，所述三元正极材料的化学式为LiNi
1-x-y
Co
x
Mn
y
O2，其中0﹤x﹤1，0﹤y﹤1。
[0012]在本专利技术中，S1中镍源、钴源、锰源的加入比例可根据三元正极材料的化学式中镍、钴、锰元素的摩尔比为依据。锂源的加入量可适当过量，为镍、钴、锰元素的摩尔量之和的1.01～1.05倍。
[0013]优选地，所述丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的总加入量为所得三元材料粉体质量的15～25％，其中，甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸质量比为1：2～5。
[0014]优选地，所述引发剂为1,1'-双(叔戊基过氧)环己烷。
[0015]优选地，所述多孔陶瓷的材质为氧化锆、氧化铝、碳化硅、氮化硅、二硼化锆中的任意一种；优选地，多孔陶瓷的孔径为25～50μm，气孔率为40～60％。
[0016]优选地，当三元正极材料中，1-x-y＞0.6时，S4中是在氧气气氛下烧结，其它条件下是在空气气氛下烧结；优选地，烧结是在600～950℃煅烧下5～10。
[0017]有益效果：本专利技术提出了一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，是利用丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯原位聚合反应，形成高分子网络固定三元正极材料原料中的金属离子，使得原料能够达到分子级均匀混合，从而克服了现有技术中固相法、溶胶凝胶法、传统燃烧法难以使Li
+
与Co
2+
、Ni
2+
、Mn
2+
均匀混合的不足。加入的多孔陶瓷具有多壁三维交叉结构，能够很好地将反应物溶液吸收在其微米级的腔体内，微波过程中受热均匀，避免了凝胶团聚体出现，同时燃烧反应伴随着较高的温度被限制在孔中发生，避免了燃烧过程中反应物的喷射和损失。本专利技术制得的粉体蓬松，粒径小且分布窄，易粉碎，具有活性高、电化性能优等特点，且整个制备工艺合成时间短，收率高。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1中制备的三元粉体材料LiNi
0.85
Co
0.1
Mn
0.05
O2的XRD图；
[0019]图2为本专利技术实施例1中制备的三元粉体材料LiNi
0.85
Co
0.1
Mn
0.05
O2的SEM图；
[0020]图3为本专利技术实施例1中制备的三元粉体材料LiNi
0.85
Co
0.1
Mn
0.05
O2在1C、20℃条件下的充放电曲线；
[0021]图4为本专利技术实施例1中制备的三元粉体材料LiNi
0.85
Co
0.1
Mn
0.05
O2在20℃条件下的循环曲线；其中，第1、2、3、4周分别是采用0.2C、0.33C、1C、0.2C充放，从第5周开始就是1C充放循环；
[0022]图5为本专利技术实施例2中制备的三元粉体材料LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2在1C、20℃条件下的充放电曲线；
[0023]图6为本专利技术实施例2中制备的三元粉体材料LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2在20℃条件下的循环曲线；其中，第1、2、3、4周分别是采用0.2C、0.33C、1C、0.2C充放，从第5周开始就是1C充放循环；
[0024]图7为本专利技术对比例1中制备的三元正极材料LiNi
0.85
Co
0.1
Mn
0.05
O2在1C、20℃条件下的充放电曲线；
[0025]图8为本专利技术对比例1中制备的三元粉体材料LiNi
0.85
Co
0.1
Mn
0.05
O2在20℃条件下的循环曲线；其中，第1、2、3、4周分别是采用0.2C、0.33C、1C、0.2C充放，从第5周开始就是1C充放循环。
具体实施方式
[0026]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0027]实施例1
[0028](1)分别称取丙烯酸10g和甲基丙烯酸甲酯2g溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将镍源、钴源、锰源、锂源溶于水中，再加入丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和引发剂，搅拌反应，得混合液；S2、将多孔陶瓷置于混合液中浸润；S3、将浸润后的多孔陶瓷取出，微波加热至凝胶化燃烧，然后分离出多孔陶瓷，得前驱体粉体；S4、将前驱体粉体烧结，即得三元材料粉体。2.根据权利要求1所述的锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍源为乙酸镍、氯化镍、硝酸镍、硫酸镍中的一种或一种以上；所述钴源为乙酸钴、氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中的一种或一种以上；所述锰源为乙酸锰、氯化锰、硝酸锰、硫酸锰中的一种或一种以上；所述锂源为乙酸锂、硝酸锂、柠檬酸锂中的一种或一种以上。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述三元正极材料的化学式为LiNi
1-x-y
Co
x
Mn
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何学刚，薛兵，高玉仙，
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：