本發(fā)明屬于儲能材料及電化學領域，涉及一種鋰離子電池三元正極材料ncm及nca的制備方法
背景技術：
：電動汽車ev以及混合動力電動車hev的發(fā)展態(tài)勢非常迅猛。其中作為車載動力的動力電池備受關注。鋰離子電池因其具有高的能量密度、優(yōu)異的循環(huán)壽命、無記憶效應、低的自放電率以及低污染等優(yōu)點，已經成為動力電池的首選。在鋰離子電池的發(fā)展過程中，正極材始終是關鍵性因素。近年來，三元正極材料ncm，nca被廣泛用作鋰離子電池的正極材料。ncm，nca作為鋰離子電池正極材料的主要優(yōu)點是：放電平臺較平穩(wěn)，儲鋰容量高。其缺點主要是第一次循環(huán)容量損失大和材料的結構穩(wěn)定性相對較差，熱穩(wěn)定性與安全性有待進一步提高，電極加工性能需要進一步改善。隨著鎳鈷錳酸鋰前驅體制備工藝的成熟化，燒結設備的改進，以及新的包覆技術的開發(fā)，三元材料有望成為電動汽車電池的主流正極材料。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明要決解的技術問題是克服現(xiàn)有制備技術的缺點，以模板劑為載體，采用化學共成淀法制備ncm，nca三元正極材料，與傳統(tǒng)化學共成淀工藝相比，不需要嚴格控制反應過程，工藝操作更簡單，對環(huán)境友好，所得材料元素分布均勻，產品質量更好，且更適合規(guī)?；I(yè)化生產的正極材料ncm.nca的制備方法。本發(fā)明提供了一種三元正極材料ncm,nca的快速簡易制備方法，包括以下步驟：一種鋰離子電池三元正極材料的模板法制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟（１）：前驅體的制備：制備鎳鹽、鈷鹽、錳鹽或鋁鹽溶液，將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽或鋁鹽溶液混合均勻，將模板劑添加到混合溶液中，再將沉淀劑溶液與所述混合液一起并流加入反應釜中進行反應沉淀，充分反應后靜置陳化，陳化處理后固體料經過洗滌以及真空干燥以后得到三元正極材料前軀體；步驟（2）：材料制備：將所得三元材料前軀體同鋰源充分混合，燒結，燒結后的材料經破碎后得到所需的三元正極材料。其中，沉淀劑采用氫氧化鈉，所用量是鹽的混合溶液用量的2倍！所述步驟（１）中，還加入絡合劑，所述絡合劑采用氨水，濃度為0.3~0.9mol/l。優(yōu)選的，所述步驟（１）中，所述鎳鹽、鈷鹽與錳鹽或鋁鹽溶液摩爾比為（1-8）：（1-2）:(0.04-3)。優(yōu)選的，所述步驟（１）中，所述鎳鹽采用硫酸鎳，氯化鎳，硝酸鎳，碳酸鎳，草酸鎳一種或幾種；鈷鹽采用硫酸鈷、氯化鈷，硝酸鈷，草酸鈷，碳酸鈷的一種或幾種，錳鹽采用硫酸錳，氯化錳，硝酸錳，草酸錳，碳酸錳的一種或幾種，鋁鹽采用硫酸鋁、氯化鋁，硝酸鋁、偏鋁酸鈉的一種或幾種。優(yōu)選的，所述步驟（１）中混合鹽溶液中金屬離子的摩爾濃度為0.5-2m/l。優(yōu)選的，所述步驟（１）中所添加模版劑是活性炭或者高比表面吸附樹脂，要求使用的活性炭或者高比表面吸附樹脂比表面積大于1500m2/g，粒徑在2~8μm之間，模版劑添加到混合鹽溶液中后充分攪拌2-8小時。優(yōu)選的，所述步驟（１）中通過模版劑共沉淀工藝制備三元正極材料前軀體。優(yōu)選的，所述步驟（2）中的鋰源采用碳酸鋰，氫氧化鋰，硝酸鋰，草酸鋰，醋酸鋰的一種或者幾種。優(yōu)選的，所述步驟（2）中所用前驅體與鋰源的配比按摩爾比計算，配比為1：1.02-1.1。優(yōu)選的，步驟（2）中燒結的氣氛采用空氣或者氧氣，燒結溫度為400-1050℃，燒結時間為10-20小時，燒結后自然冷卻，經過粉碎，分級得到最終產品。本發(fā)明采用模版法制備三元材料前驅體，與傳統(tǒng)工藝相比元素分布更均勻，工藝時間短，工藝更好控制，操作更簡單，對環(huán)境友好，對設備要求低，原材料浪費少，產品品質好等優(yōu)點。附圖說明圖1是按照實施例1制備的ncm111的形貌圖。圖2是按照實施例1制備的ncm111的xrd圖。圖3是按照實施例1制備的ncm111的充放電性能圖。圖4是按照實施例1制備的ncm111的充放電性能圖。圖5是按照實施例2制備的ncm523的形貌圖。圖6是按照實施例2制備的ncm523的xrd圖。圖7是按照實施例2制備的ncm523的充放電性能圖。圖8是按照實施例2制備的ncm523的充放電性能圖。圖9是按照實施例3制備的ncm622的形貌圖。圖10是按照實施例3制備的ncm622的xrd圖。圖11是按照實施例3制備的ncm622的充放電性能圖。圖12是按照實施例3制備的ncm622的充放電性能圖。圖13是按照實施例4制備的ncm811的形貌圖。圖14是按照實施例4制備的ncm811的xrd圖。圖15是按照實施例4制備的ncm811的充放電性能圖。圖16是按照實施例4制備的ncm811的充放電性能圖。圖17是按照實施例5制備的nca的形貌圖。圖18是按照實施例5制備的nca的xrd圖。圖19是按照實施例5制備的nca的充放電性能圖。圖20是按照實施例5制備的nca的充放電性能圖。具體實施方式下面結合附圖，對本發(fā)明的較優(yōu)的實施例作進一步的詳細說明：實施例1分別配制1mol/l的硫酸鎳、1mol/l的硫酸鈷、1mol/l的硫酸錳溶液各1l，再將硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳溶液混合均勻，將模板劑活性炭添加到混合溶液中，充分攪拌8小時，再將沉淀劑溶液1mol/l的氫氧化鈉溶液6l與混合液一起并流加入反應釜中進行反應沉淀，充分反應后靜置陳化，陳化處理后固體料經過洗滌以及真空干燥以后得到三元正極材料前軀體；將所得三元正極材料前軀體同碳酸鋰按摩爾比1：0.51充分混合，在空氣的氣氛下燒結，燒結溫度為1050℃，燒結時間為10小時，燒結后的材料經破碎后得到所需的三元正極材料ncm111。實施例2分別配制1mol/l的氯化鎳、0.4mol/l的氯化鈷、0.6mol/l的氯化錳溶液各1l，再將氯化鎳、氯化鈷、氯化錳溶液混合均勻，將模板劑高比表面吸附樹脂添加到混合溶液中，充分攪拌2小時，再將絡合劑溶液0.3mol/l的氨水1l、沉淀劑溶液1mol/l的氫氧化鈉溶液4l與混合液一起并流加入反應釜中進行反應沉淀，充分反應后靜置陳化，陳化處理后固體料經過洗滌以及真空干燥以后得到三元正極材料前軀體；將所得三元正極材料前軀體同氫氧化鋰按摩爾比1：1.1充分混合，在氧氣的氣氛下燒結，燒結溫度為400℃，燒結時間為20小時，燒結后的材料經破碎后得到所需的三元正極材料ncm523。實施例3分別配制0.9mol/l的硝酸鎳、0.3mol/l的硝酸鈷、0.3mol/l的硝酸錳溶液各1l，再將硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸錳溶液混合均勻，將模板劑活性炭添加到混合溶液中，充分攪拌6小時，再將絡合劑溶液0.9mol/l的氨水1l、沉淀劑溶液1mol/l的氫氧化鈉溶液3l與混合液一起并流加入反應釜中進行反應沉淀，充分反應后靜置陳化，陳化處理后固體料經過洗滌以及真空干燥以后得到三元正極材料前軀體；將所得三元正極材料前軀體同碳酸鋰按摩爾比1：0.53充分混合，在空氣的氣氛下燒結，燒結溫度為900℃，燒結時間為15小時，燒結后的材料經破碎后得到所需的三元正極材料ncm622。實施例4分別配制4mol/l的碳酸鎳、0.5mol/l的碳酸鈷、0.5mol/l的碳酸錳溶液各1l，再將碳酸鎳、碳酸鈷、碳酸錳溶液混合均勻，將模板劑活性炭添加到混合溶液中，充分攪拌4小時，再將絡合劑溶液0.5mol/l的氨水1l、沉淀劑溶液1mol/l的氫氧化鈉溶液10l與混合液一起并流加入反應釜中進行反應沉淀，充分反應后靜置陳化，陳化處理后固體料經過洗滌以及真空干燥以后得到三元正極材料前軀體；將所得三元正極材料前軀體同草酸鋰按摩爾比1：0.54充分混合，在空氣的氣氛下燒結，燒結溫度為800℃，燒結時間為18小時，燒結后的材料經破碎后得到所需的三元正極材料ncm811。實施例5分別配制1mol/l的草酸鎳、1mol/l的草酸鈷、0.3mol/l的氯化鋁溶液各1l，再將草酸鎳、草酸鈷、氯化鋁溶液混合均勻，將模板劑活性炭添加到混合溶液中，充分攪拌4小時，再將絡合劑溶液0.6mol/l的氨水1l、沉淀劑溶液1mol/l的氫氧化鈉溶液4.9l與混合液一起并流加入反應釜中進行反應沉淀，充分反應后靜置陳化，陳化處理后固體料經過洗滌以及真空干燥以后得到三元正極材料前軀體；將所得三元正極材料前軀體同醋酸鋰按摩爾比1：0.54充分混合，在空氣的氣氛下燒結，燒結溫度為950℃，燒結時間為17小時，燒結后的材料經破碎后得到所需的三元正極材料nca。材料性能如表1所示表1實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5表面形貌粒徑均勻，且分布較窄粒徑均勻，且分布較窄粒徑均勻，且分布較窄粒徑均勻，且分布較窄粒徑均勻，且分布較窄放電比容量（mah/g）179179202203210首次充放電效率（%）898788878850次充放電平均效率(%)99.199.099.399.699.2以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁12