本发明专利技术公开了属于能源新材料技术领域的一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2的制备方法。该制备方法包括以下步骤：1.将锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物溶于去离子水中，加入络合剂聚丙烯酸(PAA)加热搅拌得到透明红色的溶胶；2.加热浓缩，蒸掉多余水分得到红色湿凝胶，然后在烘箱中干燥得到干凝胶；3.将研磨后的干凝胶置于马弗炉中焙烧热处理，即得镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2粉体。本发明专利技术的方法具有工艺简单、环境友好、能耗低、效率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1IyO2的制备方法，属于能源新材料
技术介绍
锂离子电池作为清洁高效的能源已经广泛应用于照相机、手机、笔记本电脑等便携式移动设备，并逐渐应用于电动汽车。锂离子电池的关键材料之一是正极材料，正是因为正极材料的许多问题，限制了锂离子电池的一些应用。为了使锂离子电池的应用范围更广泛、更容易朝大型化发展，提高正极材料性能十分必要。目前商品化的锂离子电池中广泛使用的正极材料主要是LiCo02。由于其容量较 低、毒性大、成本较高等问题，研究者正致力于寻找可替代LiCoO2的新型正极材料。层状LiNixCoyMn1^yO2系列正极材料综合LiCo02、LiNiO2和LiMnO2三种层状材料的优点，并且性能优于任一单一组分正极材料，是一种高性能锂离子电池正极材料，以其比容量高、热稳定性好和价格相对低廉等优点引起了国内外研究者的高度重视。一直以来，较高的价格制约着锂离子电池大规模使用化的发展。降低锂离子电池成本的关键是研究开发价格低廉的新材料以及采用简单易行的低成本制备方法。新材料的开发到最终应用往往需要数十年的时间，而制备工艺的优化通常所需时间较短、耗资较少。目前合成镍钴锰酸锂的方法主要有高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等。其中采用溶胶凝胶法制备的产物具有化学成分均匀、纯度高、颗粒小和化学计量比可以精确控制等优点。溶胶凝胶法制备镍钴锰酸锂的关键是选择合适的络合剂，传统的溶胶-凝胶法主要是以柠檬酸、乙醇酸、氨基酸等带羧基的小分子有机酸为络合剂，以金属无机盐作为主盐，将其在水或其它溶剂里，通过调整PH值发生络合反应制备出前驱体溶胶，再在800-100(TC高温煅烧10-24h。其制备的产物相对于其它方法(如高温固相法、共沉淀法)制备的性能较高，然而存在热处理过程中偏析现象导致煅烧温度过高、时间过长，形貌不太规整等问题。而且溶胶制备过程工艺较复杂。研究发现直接以聚合物作为络合剂，不仅能使金属离子以原子级水平均匀分散在聚合物中，形成交联结构，克服反应产物在热处理过程中因偏析现象导致的形貌不规整、颗粒大、粒径分布宽等缺点，偏析程度的降低可以直接导致在较低温度和较短的时间内形成化学计量准确、结晶完整的晶体。这将制备出性能更好的镍钴锰酸锂正极材料，同时降低制备过程的能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1TyO2的制备方法。一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1IyO2的制备方法，其特征在于，该方法步骤如下，(I)溶胶制备；镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1TyO2,其中x为0. 1-0. 4，y为0. 1-0. 4，称取原料，采用溶胶凝胶法，按照化学计量比分别称取分析纯的锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物加水进行溶解，然后加入络合剂聚丙烯酸，混合均匀，在恒温水浴中机械搅拌，得到透明红色溶胶；(2)凝胶制备①将(I)得到的溶胶在恒温水浴中蒸发浓缩，直至形成红色固体湿凝胶；②将固体湿凝胶置于烘箱内干燥，得到固体干凝胶，取出研磨粉碎得到干凝胶粉末。 (3)镍钴锰酸锂LiNixCOyMni_x_y02粉体制备将(2)得到的干凝胶粉末置于马弗炉内进行焙烧热处理，自然降温至室温得到镍钴锰酸锂LiNixCoyMnnyO2产物。采用溶胶凝胶法制备镍钴锰酸锂，所述锂源化合物选自硝酸锂、乙酸锂、氯化锂、磷酸锂、磷酸氢二锂、磷酸二氢锂或草酸锂；镍源化合物选自乙酸镍、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍；钴源化合物选自乙酸钴、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴；锰源化合物选自乙酸锰、硝酸锰、氯化锰、硫酸锰。所述锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物的配料摩尔比为1-1.5 X y 1-x-y,其中多添加0-0. 5摩尔锂源化合物是用于补偿高温热处理时锂的挥发。所述锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物溶解于水中，阳离子总浓度(Li+Ni+Co+Mn)为 0. 2-1. 2mol/L。所述络合剂为聚丙烯酸溶液，固体含量为30-40%，所用聚丙烯酸相对分子质量为800-1000 和 2000-5000。所述聚丙烯酸对应的单体含量与阳离子摩尔比为0. 5-2。所述溶胶制备的水浴温度为40-100°C，搅拌时间为l_4h。所述溶胶蒸发浓缩为固体湿凝胶的水浴温度为60-100°C。所述固体湿凝胶置于烘箱内干燥得到干凝胶，干燥温度为80_150°C，时间为5-10h。所述干凝胶粉末热处理得到镍钴锰酸锂粉体的焙烧制度为，升温速率1-10°C /min，250-450°C保温0. 5_2h，相同升温速率升温至600-800°C保温l_4h，自然降温至室温。本专利技术的有益效果是(I)络合剂聚丙烯酸无毒且易溶于水，可以以水为溶剂，而且不需要调节溶液的PH，获得溶胶时间仅为l_4h，这大大简化了工艺过程。(2)由于采用聚合物聚丙烯酸为络合剂，不仅能够使金属离子以原子级水平均匀分散在聚合物中，而且可以形成聚合物交联结构，有效克服反应产物在热处理过程中因偏析现象导致的形貌不规整、颗粒大、粒径分布宽等缺点，得到粒度为50-150nm的镍钴锰酸锂球状颗粒。(3)由于形成聚合物交联结构，有效克服反应产物在热处理过程中的离子偏析现象，这使得可以在较低的温度^OO-SO(TC)和在较短的时间内(l_4h)就可形成结构单一、化学计量比准确的镍钴锰酸锂正极材料，相对于高温固相法和传统的溶胶凝胶法，大大降低了能耗和时间。(4)合成的镍钴锰酸锂纯度高，其能量密度大、电化学性能优良、且稳定性能良好。附图说明图I是实施例2制备的镍钴锰酸锂XRD图谱。图2是实施例2制备的镍钴锰酸锂扫描电子显微镜(SEM)图片。图3是实施例2制备的镍钴锰酸锂为正极材料的纽扣式模拟锂离子电池在20mA/g的充放电流密度下首次充放电曲线图。图4是实施例2制备的镍钴锰酸锂为正极材料的纽扣式模拟锂离子电池在20mA/g的充放电流密度下的放电容量循环性能图。具体实施方式·采用溶胶凝胶法，以锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物为原料，聚丙烯酸为络合剂制备锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1IyO2。下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例I一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMnnyO2的制备方法，该方法步骤如下(I)溶胶制备；将硝酸锂、硝酸镍、硝酸钴、乙酸锰按摩尔比1.05 0.4 0.4 0. 2溶于去离子水中，再加入络合剂聚丙烯酸(相对分子质量为800 1000，固体含量为30% )，配置成阳离子总浓度(Li+Ni+Co+Mn)为0. 6mol/L，聚丙烯酸单体含量与阳离子摩尔比为1，混合均匀，将混合溶液在60°C的水浴条件下加热搅拌2h得到透明红色溶胶。(2)凝胶制备①将溶胶在90°C恒温水浴中蒸发浓缩，直至形成固体湿凝胶；②将固体湿凝胶置于100°C鼓风干燥箱内干燥10h，得到固体干凝胶，取出后用玛瑙研钵研磨粉碎得到干凝胶粉末。(3)镍钴锰酸锂粉体制备将干凝胶粉末置于箱式电阻炉内以:TC /min的速率升温至420°C保温30mi本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixC0yMn1^O2的制备方法，其特征在于，该方法步骤如下， (1)溶I父制备； 镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1TyO2，其中x为0. 1-0. 4，y为0. 1-0. 4，称取原料，采用溶胶凝胶法，按照化学计量比分别称取分析纯的锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物加水进行溶解，然后加入络合剂聚丙烯酸，混合均匀，在恒温水浴中机械搅拌，得到透明红色溶胶； (2)凝胶制备 ①将(I)得到的溶胶在恒温水浴中蒸发浓缩，直至形成红色固体湿凝胶； ②将固体湿凝胶置于烘箱内干燥，得到固体干凝胶，取出研磨粉碎得到干凝胶粉末。 (3)镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1IyO2粉体制备； 将(2)得到的干凝胶粉末置于马弗炉内进行焙烧热处理，自然降温至室温得到镍钴锰酸锂 LiNixC0yMnnyO2 产物。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述锂源化合物选自硝酸锂、乙酸锂、氯化锂、磷酸锂、磷酸氢二锂、磷酸二氢锂或草酸锂；镍源化合物选自乙酸镍、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍；钴源化合物选自乙酸钴、硝酸钴、氯化钴、硫酸钴；锰源化合物选自乙酸锰、硝酸猛、氯化猛、硫酸猛。3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述原料锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物、锰源化合...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁小平，刘建，王化平，薛萌萌，任素娥，李冬梅，左蕊，刘建新，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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