一种锂离子二次电池正极材料的制备方法与流程

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种锂离子二次电池正极材料的制备方法。

背景技术：

锂离子电池主要由电极材料、电解液、隔膜三部分组成。然而，与负极材料相比，锂离子正极材料的容量差强人意，限制了高比能量锂电池的发展。一方面，正极材料对合成工艺要求较高，制备过程中微小的差异都可能会导致材料结构的变化，进而影响材料的性能。另一方面，传统正极材料中稀有金属占比较大，导致正极材料在电池成本中所占比例高达40％左右。因此，正极材料是决定锂离子电池产品的整体性能的重要因素之一，同时也是提升电池性能的重要突破口。正极材料基本可以分为有机正极材料和无机正极材料，但是因为有机正极材料无法提供锂源，且循环寿命、体积能量密度、功率密度等方面的性能与无机正极材料存在较大的差距，目前仍然处于基础研究阶段，暂无实际应用，因此无机正极材料目前仍是商用锂离子电池的主流。锂离子电池无机正极材料的研究主要集中在层状过渡金属氧化物limo2(m＝ni，co，mn等)，尖晶石结构的锰酸锂(limn2o4)，酸锂(limn2o4)，橄榄石结构的磷酸铁锂(lifepo4)及上述三类正极材料的衍生物。

层状钴酸锂材料(lco)作为第一代锂离子电池正极材料，具有工作电压平稳、能量密度高、压实密度高、循环稳定性好等优点。近年来，其他先进新型正极材料逐渐兴起，但lco仍以其优异的性能广泛应用于消费类电子产品中，牢牢的占据着稳定的市场份额。虽然lco有高功率密度的优点，但是钴资源稀缺决定了其难以成为动力电池的主要选择。三元正极材料ncm622具有容量高，安全性能高和成本较低等优点，有望成为市场作为锂离子电池正极材料的选择，但其存在结构老化、衰退的问题，导致其长循环性能较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

s1：将镍盐、钴盐和锰盐按照摩尔比6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入镧盐，其添加量为(1％～4％)，再加入8～15wt％的lioh·h2o，然后再加入可溶性碱溶液，在密封，氮气氛围，50～65℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为0.5～3％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至750～900℃进行煅烧5～12h，得到所需正极材料。

作为优选方案，上述步骤s1中镍盐为醋酸镍、硝酸镍、氯化镍和硫酸镍中的任意一种。

作为优选方案，上述步骤s1中镍盐为醋酸钴、硝酸钴、氯化钴和硫酸钴中的任意一种。

作为优选方案，上述步骤s1中镍盐为醋酸锰、硝酸锰、氯化锰和硫酸锰中的任意一种。

作为优选方案，上述步骤s1中所述的镧盐为六水合硝酸镧。

作为优选方案，上述步骤s1中所述加入的可溶性碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的任意一种。

作为优选方案，上述步骤s1中镧盐的添加量为1～2％。

作为优选方案，上述步骤s1中加入的lioh·h2o的比重为8～12wt％。

作为优选方案，上述步骤s2中硫酸铝al2(so4)3的含量为0.5～2％。

作为优选方案，上述步骤s2中煅烧烧结温度为750～850℃。

作为优选方案，上述步骤s2中煅烧烧结时间为5～10h。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明中制备的锂离子二次电池正极材料掺杂一定含量的镧离子，其中有一部分镧离子进入晶体，使得界面的稳定性增强，同时提高正极材料的电导率。

(2)本发明中制备的锂离子二次电池正极材料掺杂一定含量的镧离子，la³⁺在引入后，大部分的镧离子并没有进入晶体内部，而是在颗粒表面形成了导电化合物，从而降低了内阻且在一定程度上控制了晶体生长。

(3)本发明中制备的锂离子二次电池正极材料，采用共沉淀法制备，在制备过程中，使用镧离子与铝离子共掺杂，其中硫酸铝还起到对电极材料包覆改性的作用，电极材料与电解液间构筑的一层保护层没事的副反应得到有效缓解，提高了其材料的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例3所制备的锂离子二次电池正极材料的sem图谱；

图2为本发明实施例3所制备的锂离子二次电池正极材料的xrd图谱；

图3为本发明实施例3所制备的锂离子二次电池正极材料与ncm622正极材料的倍率性能图谱；

图4为本发明实施例3所制备的锂离子二次电池正极材料与ncm622正极材料在1c倍率下循环性能图。

具体实施方式

下面对本发明实施例作具体详细的说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下属的实施例。

实施例1

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将醋酸镍、醋酸钴和醋酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为1％的硝酸镧，再加入8wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，50℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为0.5％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至750℃进行煅烧5h，得到所需正极材料。

实施例2

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将醋酸镍、醋酸钴和醋酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为4％的硝酸镧，再加入15wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，65℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为3％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至900℃进行煅烧12h，得到所需正极材料。

实施例3

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将醋酸镍、醋酸钴和醋酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为2％的硝酸镧，再加入10wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，55℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为1％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至800℃进行煅烧8h，得到所需正极材料。

实施例4

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将醋酸镍、醋酸钴和醋酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为3％的硝酸镧，再加入12wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，60℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为2％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至850℃进行煅烧5～12h，得到所需正极材料。

实施例5

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰按照摩尔比比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为1％的硝酸镧，再加入8wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，50℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为0.5％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至750℃进行煅烧5h，得到所需正极材料。

实施例6

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为4％的硝酸镧，再加入15wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，65℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为3％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至900℃进行煅烧12h，得到所需正极材料。

实施例7

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为2％的硝酸镧，再加入10wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，55℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为1％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至800℃进行煅烧8h，得到所需正极材料。

实施例8

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为3％的硝酸镧，再加入12wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，60℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为2％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至850℃进行煅烧5～12h，得到所需正极材料。

实施例9

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为1％的硝酸镧，再加入8wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，50℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为0.5％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至750℃进行煅烧5h，得到所需正极材料。

实施例10

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为4％的硝酸镧，再加入15wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，65℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为3％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至900℃进行煅烧12h，得到所需正极材料。

实施例11

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为2％的硝酸镧，再加入10wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，55℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为1％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至800℃进行煅烧8h，得到所需正极材料。

实施例12

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为3％的硝酸镧，再加入12wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，60℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为2％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至850℃进行煅烧5～12h，得到所需正极材料。

实施例13

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将氯化镍、氯化钴和氯化锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为1％的硝酸镧，再加入8wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，50℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为0.5％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至750℃进行煅烧5h，得到所需正极材料。

实施例14

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将氯化镍、氯化钴和氯化锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为4％的硝酸镧，再加入15wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，65℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为3％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至900℃进行煅烧12h，得到所需正极材料。

实施例15

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将氯化镍、氯化钴和氯化锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为2％的硝酸镧，再加入10wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，55℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为1％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至800℃进行煅烧8h，得到所需正极材料。

实施例16

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将氯化镍、氯化钴和氯化锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为3％的硝酸镧，再加入12wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钠溶液，在密封，氮气氛围，60℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为2％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至850℃进行煅烧5～12h，得到所需正极材料。

实施例17

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将醋酸镍、醋酸钴和醋酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为2％的硝酸镧，再加入10wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钾溶液，在密封，氮气氛围，55℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为1％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至800℃进行煅烧8h，得到所需正极材料。

实施例18

一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体制备方法包括：

s1：将硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，然后加入添加量为2％的硝酸镧，再加入10wt％的lioh·h2o，然后再加入氢氧化钾溶液，在密封，氮气氛围，55℃条件下反应24h，然后静置12h，用去离子水洗涤三次，得到前驱体材料。

s2：将硫酸铝al2(so4)3加入到装有去离子水的容器中，超声搅拌溶解后加入步骤s1得到的前驱体材料，其中硫酸铝al2(so4)3的含量为1％，超声分散30min，然后磁力搅拌15h，使得体系内的al2(so4)3完全水解，反应结束后过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至800℃进行煅烧8h，得到所需正极材料。

对比例1

将醋酸镍、醋酸钴和醋酸锰按照摩尔比例6:2:2加入到去离子水当中，超声搅拌使其充分溶解，再加入10wt％的lioh·h2o，超声30min，过滤、洗涤、放置在管式炉当中，先在200℃下加热3h，然后将温度升至800℃进行煅烧8h，得到所需正极材料ncm622。

性能测试实验：

将实施例3所制备正极材料进行xrd，sem测试，观察该正极材料的结构和形貌；将实施例3电极材料的倍率性能测试在1c的电流密度下进行测试，电压测试范围为2.8～4.3v，结果如附图3，实施例3电极材料在不同的电流密度下放电容量大于对比例1制备的ncm622正极材料的放电容量；交流阻抗测试采用电化学工作站的eis测试系统，以金属锂片为对电极和参比电极，频率范围为0.01hz～100khz，振幅为10mv，测试结果本发明电极材料的rct＝40.8ω，小于对比例1电极材料rct＝86.3ω，说明本发明制备的正极材料具有更好的充放电性能，且在循环100次以后其放电容量在175mahg^-1，说明本发明正极材料可重复使用。