[發明專利]一種鋰離子電池三元正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110292425.0
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN102339997A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 余強;吳松良;范新
• 申請（專利權）人: 河南思維能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張春

技術領域

本發明涉及到一種高性能鋰離子電池三元正極材料以及該材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池(Lithium?Ion?Battery，簡稱LIB)?是繼鎳鎘電池、鎳氫電池之后的第三代小型蓄電池。作為一種新型的化學電源，它具有工作電壓高、比能量大、放電電位曲線平穩、自放電小、循環壽命長、低溫性能好、無記憶、無污染等突出的優點，能夠滿足人們對便攜式電器所需要的電池小型輕量化和有利于環保的雙重要求，廣泛用于移動通訊、筆記本電腦、攝放一體機等小型電子裝置，也是未來電動交通工具使用的理想電源。

目前，作為鋰離子電池重要組成部分之一正極材料，LiCoO₂作為最早商品化的正極材料仍然應用最廣，LiCoO₂壓實高、循環性能好、生產技術成熟、產品穩定，但其實際容量不高，鈷有毒，鈷資源匱乏，價格昂貴，所以近年來都在尋找替代LiCoO₂的正極材料；LiNiO₂容量高，但是其安全性存在問題并且合成條件苛刻，難于實現工業化；LiMn₂O₄安全性能好，價格便宜，但比容量低，壓實密度小，高溫循環性能差等導致其很難大規模應用。而三元正極材料：Li↓[1+z]Ni↓[x]Co↓[y]Mn↓[1-x-y]O↓[2]綜合了LiCoO₂良好的循環性能，LiNiO₂的高比容量，LiMn₂O₄的高安全性能及低成本優勢，是具有Ni、Co、Mn三種元素協同效應的高性能鋰離子電池正極材料，具有結構穩定、比容量高、電壓平臺適中、高溫性能好，循環好、成本低、制備條件溫和、易于實現工業化，目前正逐步取代LiCoO₂。

目前三元材料主要制備方法采用共沉淀法：1）制備Ni、Co、Mn復合氫氧化物前軀體，2）將前軀體配鋰鹽燒結。共沉淀法雖然在一定程度上提高了離子的均勻分布，但是也存在一些缺陷：共沉淀制備方法成本高，工藝復雜，過程控制難，生產過程中產生大量廢水、廢氣、對環境污染很大，制備的材料振實密度偏小。

發明內容

本發明的目的是為解決上述現有技術存在的缺陷，公開了一種高性能鋰離子電池三元正極材料的制備方法，該方法工藝簡單、生產易于控制、成本低，制得的產品具有比容量高、振實密度高、循環性能好、高溫性能好、安全性能好的特性。

本發明可以采取以下技術方案來實施：一種高性能鋰離子電池三元正極材料及其制備方法，其特征在于該材料具有α-NaFeO₂層狀結構，其化學成分為：Li↓[1+z]Ni↓[x]Co↓[y]Mn↓[1-x-y]O↓[2]其中0≤z≤0.2，0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.2。

其制備方法包括以下步驟：

（1）將鎳、鈷、錳的氧化物用氣流粉碎機超細粉碎；

（2）將步驟（1）中粉碎好的鎳、鈷、錳的氧化物粉末與鋰鹽粉末按計量比與一定質量的鋯球一起加入球磨機，球磨融合；

（3）將上述混合物裝入剛玉坩堝，在空氣氣氛下，按1-2℃/分鐘的速度升溫到700-1000℃，保溫6-24小時，再以1-2℃/分鐘的速度降至室溫。粉碎、過篩，篩的目數為150-300目；

（4）將步驟（3）中的篩下物與去離子水按質量比1：1~1：4的比例，在超聲波的作用下攪拌1小時，過濾，烘干；

（5）將上述烘干后的物料裝入剛玉坩堝，在空氣氣氛下，按1-2℃/分鐘的速度升溫到400-600℃，保溫3-8小時，再以1-2℃/分鐘的速度降至室溫。經粉碎，分級、過篩，篩的目數為150-300目，得到高性能鋰離子電池三元正極材料。

所述步驟1中所述的鎳的氧化物為NiO、Ni₂O₃，所述鈷的氧化物為CoO、Co₂O₃或Co₃O₄，所述的錳的氧化物為MnO、MnO₂或Mn₂O₃，粉碎后的鎳、鈷、錳的氧化物粒徑D50為：0.5~3微米。

所述步驟（2）中所述的鋰鹽為碳酸鋰或者氫氧化鋰，粒徑D50為1~3微米。

所述步驟（2）中球磨過程中，球料比為1：1~4：1，球磨轉速為400~1000r/min，球磨時間為5~15小時。

所述步驟（3）和步驟5中的燒結設備為氣氛箱式爐、推板隧道窯爐、管式爐或回轉窯爐。