CN108807951B - 一种锂电池正极活性材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂电池正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：1)将LiNO3、Mn(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O分散到去离子水中，2)将步骤1)的混合溶液滴加到柠檬酸‑乙二醇的水溶液中，形成凝胶后再140℃去除水分；3)将去除水分的凝胶粉碎，然后在400℃下加热4h；4)将步骤3)处理后的干胶在700‑1000℃下煅烧12h得到粉体。本发明的材料的NCM111，电压在2.5‑4.5V时首次放电比容量可以达到203.2mA·h·g‑1,库伦效率为88.5％。第50次循环的容量保持率分别为88.4％。

Description

一种锂电池正极活性材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种锂电池正极活性材料的制备方法。
背景技术
目前锂电池正极三元材料的制备主要采用共沉淀的方法合成三元前驱体，然后采用高温固相法合成最终的产品。共沉淀的方法主要存在合成温度高、生成的三元正极材料的均匀性不高，在一些对锂离子电池稳定性要求高的情况下不适合采用共沉淀方法生产的正极三元材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种合成温度低、生产出来的三元正极材料均匀性高的锂电池正极三元材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种锂电池正极三元材料的制备方法，包括以下步骤：1）将可溶性锂盐、可溶性锰盐、可溶性镍盐和可溶性钴盐混合均匀，分散到去离子水中，形成多元混合溶液；
2）将步骤1）的混合溶液滴加到柠檬酸-乙二醇的水溶液中，形成凝胶后再140℃去除水分；所述柠檬酸和金属离子比为1:1；
3）将去除水分的凝胶粉碎，然后在400℃下加热4h；
4）将步骤3）处理后的干胶在700-1000℃下煅烧12h得到粉体。
5）将1mol·L-1的氨水置于85-90℃的水浴后持续搅拌；
6）在步骤5的氨水溶液中缓慢滴入Al(OH)3悬浊溶液，生成沉淀；
7）步骤6）反应1-2h后，向其中加入1mol·L-1的硝酸，使得沉淀水解胶溶，继续搅拌、老化15-20h，得到澄清的AlOOH溶胶；
8）取步骤4）制备的粉体，固液比为40-60g/L，放入到步骤7）中的溶胶中，持续搅拌加热，蒸发干燥；
9）将步骤8）的产物与LiOH·H2O混合均匀，在氧气气氛下、800摄氏度恒温20h，得到所需产物；所述LiOH·H2O中Li+为步骤1）中Li+含量的2倍。
上述的锂电池正极三元材料的制备方法，优选的，所述步骤4）中煅烧的温度为900℃。
本发明中凝胶分散体系是分散程度很高的多相体系。溶胶离子半径在1~100nm之间，具有很大的相界面，表面能高，吸附性能强。利用溶胶的吸附能力将锂离子电池活性材料的各种离子材料均匀的吸附在表面，通过煅烧将凝胶有机成分去除就可以得到活性材料的粉体，在溶胶进行吸附的过程中不需要进行加热，节约了能量。
上述的锂电池正极活性材料的制备方法，优选的，所述多元混合溶液中Li+: Mn2+:Co2+：Ni2+=1:1:1:1，离子总浓度为2-2.5 mol/L。
上述的锂电池正极活性材料的制备方法，优选的，所述的镍盐为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、硫酸镍中的至少一种；所述的锰盐为硝酸锰、氯化锰、醋酸锰、硫酸锰中的至少一种；所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、硫酸钴中的至少一种；所述的锂盐为硫酸锂、氯化锂、硝酸锂、乙酸锂中的至少一种。
上述的锂电池正极活性材料的制备方法，优选的，所述凝胶粉碎后球磨2-5小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中，采用Al2O3包覆型LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3O2，其中内核上也有锂离子的存在，可以对Al2O3包层上的锂离子进行补充。本发明的材料的 NCM111，电压在2.5-4.5V时首次放电比容量可以达到203.2mA·h·g-1,库伦效率为88.5%。第50次循环的放电比容量保持率分别为88.4%。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例
一种锂电池正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：1）将LiNO3、Mn(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O分散到去离子水中，所述Li+: Mn2+: Co2+：Ni2+=1:1:1:1；所述Mn(NO3)2为质量分数为50%的Mn(NO3)2水溶液；
2）将步骤1）的混合溶液滴加到柠檬酸-乙二醇的水溶液中，形成凝胶后再140℃去除水分；所述柠檬酸和金属离子比为1:1；
3）将去除水分的凝胶粉碎，并且球磨3小时，然后在400℃下加热4h；
4）将步骤3）处理后的干胶在900℃下煅烧12h得到粉体；经过试验得到在900摄氏度的煅烧情况下，材料容量的保持率最好，在1C的放电倍率情况下，容量保持率在95%以上。
5）将1mol·L-1的氨水置于90℃的水浴后持续搅拌；
6）在步骤5的氨水溶液中缓慢滴入Al(OH)3悬浊溶液，生成沉淀；
7）步骤6）反应1.2h后，向其中加入1mol·L-1的硝酸，使得沉淀水解胶溶，继续搅拌、老化15-20h，得到澄清的AlOOH溶胶；
8）取步骤4）制备的粉体，固液比为40-60g/L，放入到步骤7）中的溶胶中，持续搅拌加热，蒸发干燥；
9）将步骤8）的产物与LiOH·H2O混合均匀，在氧气气氛下、800摄氏度恒温20h，得到所需产物；LiOH·H2O中Li+为步骤1）中Li+含量的2倍。
本实施例中，采用Al2O3包覆型LiNi 1/3Co 1/3Mn1/3O2，其中内核上也有锂离子的存在，可以对Al2O3包层上的锂离子进行补充。本实施例的材料的 NCM111，电压在2.5-4.5V时首次放电比容量可以达到203.2mA·h·g-1,库伦效率为88.5%。第50次循环的放电比容量保持率分别为88.4%。

Claims (4)

1.一种锂电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将可溶性锂盐、可溶性锰盐、可溶性镍盐和可溶性钴盐混合均匀，分散到去离子水中，形成多元混合溶液；所述多元混合溶液中Li+: Mn2+: Co2+：Ni2+=1:1:1:1，离子总浓度为2-2.5 mol/L；
2）将步骤1）的混合溶液滴加到柠檬酸-乙二醇的水溶液中，形成凝胶后再140℃去除水分；所述柠檬酸和金属离子比为1:1；
3）将去除水分的凝胶粉碎，然后在400℃下加热4h；
4）将步骤3）处理后的干胶在700-1000℃下煅烧12h得到粉体；
5）将1mol·L-1的氨水置于85-90℃的水浴后持续搅拌；
6）在步骤5的氨水溶液中缓慢滴入Al(OH)3悬浊溶液，生成沉淀；
7）步骤6）反应1-2h后，向其中加入1mol·L-1的硝酸，使得沉淀水解胶溶，继续搅拌、老化15-20h，得到澄清的AlOOH溶胶；
8）取步骤4）制备的粉体，固液比为40-60g/L，放入到步骤7）中的溶胶中，持续搅拌加热，蒸发干燥；
9）将步骤8）的产物与LiOH·H2O混合均匀，在氧气气氛下、800摄氏度恒温20h，得到所需产物；所述LiOH·H2O中Li+为步骤1）中Li+含量的2倍。
2.根据权利要求1所述的锂电池正极活性材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中煅烧的温度为900℃。
3.根据权利要求1所述的锂电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、硫酸镍中的至少一种；所述的锰盐为硝酸锰、氯化锰、醋酸锰、硫酸锰中的至少一种；所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、硫酸钴中的至少一种；所述的锂盐为硫酸锂、氯化锂、硝酸锂、乙酸锂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的锂电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述凝胶粉碎后球磨2-5小时。
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