一種鋰離子電池鎳鈷錳酸鋰正極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及裡離子電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種裡離子電池鑲鉆鋪 酸裡正極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池作為一種高能蓄電池，具有能量密度高、使用壽命長、循環(huán)性能好且無 記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。裡離子電池正極材料是裡離子電池中的重要組成部分，它對于裡離子電 池的電化學(xué)性能有重要的影響。一般的裡離子電池正極材料已經(jīng)不能滿足人們對高容量、 高能量密度電子產(chǎn)品的需求。目前商業(yè)化的裡離子電池主要采用LiCo化作為正極材料，因 鉆資源稀少、成本高、污染環(huán)境和抗過充能力較差，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，特別是在動(dòng) 力電池中的應(yīng)用。LiNi〇2比容量大，但是制備時(shí)易生成非化學(xué)計(jì)量比的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 和熱穩(wěn)定性差。LiMn化比容量稍大，但其屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，存在姜-泰勒效 應(yīng)（J址n-Tellereffect)、循環(huán)性能較差。而鑲鉆鋪酸裡正極材料，例如LiNi/3C〇i/3Mni/3〇2 綜合了 ^仿〇2、^化〇2、^111化；類材料的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，具有成本低、比容量高、 循環(huán)壽命長、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)。不僅可取代目前在小型便攜式電源中應(yīng)用的鉆酸裡正極 材料，而且在大功率裡離子動(dòng)力電池等方面顯現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿?，可用于小型電池?動(dòng)力電池中，在當(dāng)今具有廣闊的應(yīng)用市場。
[0003] 目前鑲鉆鋪酸裡正極材料的制備方法主要有固相法、共沉淀法、復(fù)合碳酸鹽法、 溶膠-凝膠法、烙鹽法、乳液干燥法及超聲噴霧高溫分解法等。例如，CN104051724A(申 請?zhí)枺?01410250912.4)公開了一種碳包覆鑲鉆鋪酸裡正極材料的制備方法，主要包括 W下步驟；前驅(qū)粉體制備、在750~950°C鍛燒3~24小時(shí)得到鑲鉆鋪酸裡正極材料。 CN204218239A(申請?zhí)枺?01410415318.6)也公開了一種鑲鉆鋪酸裡正極材料的制備方法， 主要包括W下步驟：前驅(qū)體制備，在450~700°C燒結(jié)5~10小時(shí)，在700~1000°C燒結(jié) 12~24小時(shí)。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在W下問題：現(xiàn)有的制 備鑲鉆鋪酸裡正極材料的方法所得鑲鉆鋪酸裡正極材料的顆粒形狀不規(guī)則、大小不均一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠制備得到顆粒形狀規(guī)則、大小均 一的裡離子電池鑲鉆鋪酸裡正極材料的方法。
[0006] 具體而言，包括W下的技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明第一方面提供一種裡離子電池鑲鉆鋪酸裡正極材料的制備方法，所述制備 方法包括W下步驟：
[000引步驟1，按照物質(zhì)的量比Li:Ni:Co:Mn= (1.01~1. 1) :x:y: (1-x-y)的比例將裡 鹽、鑲鹽、鉆鹽W及鋪鹽溶解在溶劑中得到第一溶液，其中其中0<x<l，0勺<1;
[0009] 步驟2,向所述第一溶液中加入馨合劑及碳源，混合均勻后得到第二溶液；其中， 所述馨合劑的物質(zhì)的量與所述第一溶液中金屬離子總物質(zhì)的量的比例為1:1~1.2:1。
[0010]步驟3,將所述第二溶液在真空度-0. 1~-0. 08MPa、溫度80~120°C的條件下加 熱8~12小時(shí)，除去所述第二溶液中的溶劑后得到前驅(qū)體粉料；
[0011] 步驟4,在惰性氣體氣氛中，先將所述前驅(qū)體粉料在300~400°C溫度下加熱 0. 5~2小時(shí)，然后W紅外光作為熱源使所述前驅(qū)體粉料升溫至800~900°C，保溫3~4 小時(shí)；冷卻后即得所述裡離子電池鑲鉆鋪酸裡正極材料。
[0012] 優(yōu)選地，步驟4中，所述紅外光的波長為5~20微米。
[0013]優(yōu)選地，步驟4中，所述紅外光的波長為8~15微米。
[0014]優(yōu)選地，步驟4中，所述紅外光的波長為10~13微米。
[0015]優(yōu)選地，步驟1中，所述裡鹽選自硝酸裡、醋酸裡、氯化裡W及硫酸裡中的至少一 種；所述鑲鹽選自硝酸鑲、醋酸鑲、硫酸鑲W及氯化鑲中的至少一種；所述鉆鹽選自硝酸 鉆、醋酸鉆、硫酸鉆W及氯化鉆中的至少一種；所述鋪鹽選自硝酸鋪、醋酸鋪、硫酸鋪W及氯 化鋪中的至少一種。
[0016] 優(yōu)選地，步驟1中，所述溶劑為水或者己醇或者它們的組合。
[0017]優(yōu)選地，步驟2中，所述馨合劑選自巧樣酸、己醇酸、S己醇胺、丙締酸W及脂肪酸 中的至少一種；所述碳源選自庶糖、聚己締醇、葡萄糖、聚丙締膳、聚氯己締、酪醒樹脂W及 漸青中的至少一種。
[0018]優(yōu)選地，步驟4中，所述惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鈿饣蛘咚鼈兊慕M合。
[0019]優(yōu)選地，步驟2中，將所述馨合劑和碳源加入所述第一溶液中后，攬拌1~2小時(shí) 使所述所述馨合劑、碳源與第一溶液混合均勻。
[0020] 本發(fā)明第二方面提供一種采用本發(fā)明第一方面的制備方法得到的裡離子電池鑲 鉆鋪酸裡正極材料，所述鑲鉆鋪酸裡正極材料包括鑲鉆鋪酸裡W及包覆在所述鑲鉆鋪酸裡 表面的碳；所述鑲鉆鋪酸裡的化學(xué)式為LiNixCOyMrVx-yA，其中0<x<l，0<y<l;所述馨合劑的 物質(zhì)的量和所述金屬離子總物質(zhì)的量的比為1~1.2:1;所述碳占所述鑲鉆鋪酸裡正極材 料的質(zhì)量百分比為0. 1%~5%;所述鑲鉆鋪酸裡正極材料的粒徑為6~8微米。
[0021] 優(yōu)選地，所述碳占所述鑲鉆鋪酸裡正極材料的質(zhì)量百分比為0.1%~1%。
[0022] 優(yōu)選地，所述碳占所述鑲鉆鋪酸裡正極材料的質(zhì)量百分比為0. 4%~0.6%。
[0023]優(yōu)選地，所述碳占所述鑲鉆鋪酸裡正極材料的質(zhì)量百分比為0.5%。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果：
[00巧]1、本發(fā)明實(shí)施例提供的裡離子電池鑲鉆鋪酸裡正極材料的制備方法中，采用紅外 光作為熱源對前驅(qū)體材料在800~900°C下進(jìn)行高溫鍛燒。由于紅外光具有良好的福射性 能，可W使鑲鉆鋪酸裡正極材料在鍛燒過程中，材料內(nèi)部和表面均勻受熱，使材料內(nèi)外溫度 保持一致，使材料能夠充分地鍛燒，提高燒結(jié)的一致性，使所得鑲鉆鋪酸裡正極材料的形貌 均一，呈球形或者近似球形的顆粒，顆粒粒徑分布均勻、在6~8微米之間。由于所得鑲鉆 車孟酸裡正極材料形狀規(guī)則、大小均一，使鑲鉆鋪酸裡正極材料能夠與電解液充分地接觸，提 高裡離子電池的性能。
[0026]2、由于W紅外光作為熱源加熱與傳統(tǒng)加熱方式相比熱量傳遞速度快、效率高、熱 傳遞過程中熱量損失小，因此，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的制備方法可W顯著縮短鍛燒時(shí)間， 比傳統(tǒng)加熱方式節(jié)省至少40%的時(shí)間，節(jié)約能源、降低成本。而且，采用紅外光加熱不需要 復(fù)雜的設(shè)備，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0027] 3、本發(fā)明實(shí)施例在鑲鉆鋪酸裡正極材料制備過程中加入了碳源、得到碳包覆的鑲 鉆鋪酸裡正極材料。包覆在鑲鉆鋪酸裡表面的碳提高了所得正極材料的導(dǎo)電性能。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹。
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得鑲鉆鋪酸裡正極材料的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn) 一步地詳細(xì)描述。
[0031] 本發(fā)明第一方面提供一種裡離子電池鑲鉆鋪酸裡正極材料的制備方法，所述制備 方法包括W下步驟：
[003引步驟1，按照物質(zhì)的量比Li:Ni:Co:Mn= (1.01~1. 1) :x:y: (1-x-y)的比例將裡 鹽、鑲鹽、鉆鹽W及鋪鹽溶解在溶劑中得到第一溶液，其中0<x<l，0勺<1;
[0033] 步驟2,向所述第一溶液中加入馨合劑及碳源，混合均勻后得到第二溶液；其中， 所述馨合劑的物質(zhì)的量與所述第一溶液中金屬離子總物質(zhì)的量的比例為1:1~1.2:1;
[0034] 步驟3,將所述第二溶液在真空度-0. 1~-0. 08MPa、溫度80~120°C的條件下加 熱8~12小時(shí)，除去所述第二溶液中的溶劑后得到前驅(qū)體粉料；
[00巧]步驟4,在惰性氣體氣氛中，先將所述前驅(qū)體粉料在300~400°C溫度下加熱 0. 5~2小時(shí)，然后W紅外光作為熱源使所述前驅(qū)體粉料升溫至800~900°C，保溫3~4 小時(shí)；冷卻后即得所述裡離子電池鑲鉆鋪酸裡正極材料。
[0036] 在裡離子電池鑲鉆鋪酸裡