[發明專利]鋰離子電池正極材料固相法摻雜鋁的制備方法

有效

• 申請號: 201110222403.7
• 申請日: 2011-08-04
• 公開（公告）號: CN102315429A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 王偉東;王海濤
• 申請（專利權）人: 深圳市天驕科技開發有限公司
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 深圳市百瑞專利商標事務所(普通合伙) 44240
• 代理人: 莫偉智

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料，尤其涉及鋰離子電池正極材料摻雜鋁的制備方法。

背景技術

目前得到廣泛應用的鋰離子電池，其正極材料正經歷著不斷的更新與改良中。鋰離子電池正極材料有很多體系，目前用于實際應用的主要有層狀的鋰鈷氧化物系列(LiCoO₂)、層狀的鋰鎳氧化物系列(LiNiO₂)及尖晶石狀的鋰錳氧化物系列(LiMn₂O₄)。但是，上述體系都存在著顯著的不足，影響了它們的實際應用。鎳鈷錳酸鋰多元電極材料是近年來發展起來的新型鋰離子電池用正極材料，它集中了LiCoO₂，LiNiO₂和LiMnO₂三種材料的優點，受到了研究者廣泛的關注。因以相對廉價的鎳和錳取代了鈷酸鋰中三分之二(或更多)的鈷，因此其成本方面具有明顯優勢，同時，其可逆容量大，結構穩定，安全性能好，具有較高的電導率和熱穩定性。

目前，鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法主要采用高溫固相合成法、共沉淀法。其中高溫固相合成法，將鋰源、鎳源、鈷源及錳源研磨混合，在1000℃左右高溫下煅燒合成，最后經過細磨而成。該方法不足之處在于：一是固相擴散速度慢，混料難以均勻，產物在結構、組成等方面存在較大差異，從而導致其電化學性能不易控制；二是合成的粉體材料堆積密度低，一般做到的振實密度僅為1.6～1.8g/cm³，使鎳鈷錳酸鋰的體積比容量較鈷酸鋰低的多，使其實際應用受到影響。而共沉淀法制備鎳鈷錳酸鋰工藝過程主要是前驅體的制備、混鋰和燒結，一般先從可溶性金屬鹽溶液中共沉淀出含鎳鈷錳的氫氧化物、碳酸鹽或氧化物的前驅體，然后把前驅體過濾、洗滌、干燥后與鋰鹽采用固相混合方式混合均勻后，在高溫下燒結，得到鎳鈷錳酸鋰。

但是目前純的鎳鈷錳酸鋰三元材料僅適用于一般電池，高溫安全性能和高溫循環性能不是很好。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：克服現有技術的不足，提供一種用于動力電池的、具有較好的高溫安全性能和循環特性的鋰離子電池正極材料固相法摻雜鋁的的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為：

一種鋰離子電池正極材料固相法摻雜鋁的制備方法，其步驟包括：首先制取結構式為Ni_xCo_yMn_z(OH)₂(x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)的前驅體顆粒，洗滌，干燥，得到氫氧化物前驅體；將所述前驅體與鋰鹽、納米級鋁化合物混合均勻，在空氣或氧氣中經過高溫處理，冷卻，粉碎，即得到固相摻雜鋁元素的鋰離子電池正極材料，具體步驟包括：

(1)制取鎳、鈷及/或錳氫氧化物前驅體：

將含可溶性鎳鹽、鈷鹽及錳鹽，或鎳鹽及鈷鹽，或鎳鹽及錳鹽，或者所述三種鹽之一，與混有氨水的氫氧化鈉溶液進行沉淀反應，形成結構式為Ni_xCo_yMn_z(OH)₂(x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)的前驅體顆粒，洗滌，干燥，得到鎳、鈷及/或錳氫氧化物前驅體；

(2)摻雜鋁元素：

將上步驟所得到的鎳、鈷及/或錳氫氧化物前驅體與納米級鋁化合物摩爾比按Al/D＝0.01～0.05、與鋰鹽摩爾比按Li/(D+Al)＝1.0～1.2，進行混合，使之混合均勻，所述D＝Ni+Co+Mn或Ni+Co、Ni+Mn或Mn+Co，或Ni、Co、Mn任一種；

(3)高溫處理：

將上步驟所得的混合物進行高溫處理，然后冷卻，粉碎，過篩即得到摻雜鋁元素的鋰離子電池正極材料。

所述納米級鋁化合物為異丙醇鋁、氧化鋁或氫氧化鋁。優選異丙醇鋁。

所述鎳鹽、鈷鹽或錳鹽，采用硫酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽其中一種或多種。

所述鋰鹽，采用碳酸鋰、單水氫氧化鋰、硝酸鋰其中一種或多種。

本發明還提供了一種鋰離子電池正極材料，該鋰離子電池正極材料是根據前述制備方法制得。

本發明的優點在于：

1)、固相法直接摻雜，比之前的前軀體包覆的方法簡單方便操作，省去了配置成漿料等步驟，工藝過程簡便易操作，可使制造成本降低、產品質量可控性較好。

2)、摻雜過程采用納米級異丙醇鋁，由于該材料中鋁含量較低，摻雜材料用量較大，混合時容易達到較高均勻度，采用球磨的方法能夠混合的很均勻。

附圖簡要說明：