[發(fā)明專利]鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102437323A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張海朗;杜運(yùn)
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著便攜移動電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用和純電動和混合動力汽車的興起以及風(fēng)能、太陽能等儲能領(lǐng)域的需求，迫切需要開發(fā)出高比容量、低生產(chǎn)成本的鋰離子電池。在鋰離子電池中，正極材料的性能和成本對鋰電池的整體性能和價格又起著決定性作用。因此，開發(fā)高性能和低生產(chǎn)成本的鋰離子電池正極材料成為提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵所在。現(xiàn)階段已商品化的鋰離子電池正極材料主要有LiCoO₂，LiMn₂O₄，LiFePO₄，和LiCo_1/3Mn_1/3Ni_1/3O₂等。尖晶石型LiMn₂O₄理論容量為148mAh/g，實際放電容量約120mAh/g左右，同時在高溫環(huán)境下因Jahn-Teller畸變效應(yīng)導(dǎo)致容量衰減較快，在一定程度上制約了該材料的發(fā)展。層狀LiCoO₂理論比容量為274mAh/g左右，實際放量容量可達(dá)130～150mAh/g左右，且Co的價格較高并具有毒性，該材料將逐步被取代。層狀LiCo_1/3Mn_1/3Ni_1/3O₂理論比容量為278mAh/g左右，實際放量容量可達(dá)190～200mAh/g。LiFePO₄理論比容量為170mAh/g左右，實際放量容量可達(dá)160mAh/g左右；但該材料制備條件苛刻且低溫性能不好，且理論容量不高，可提升空間極為有限。近年來高容量和循環(huán)穩(wěn)定的富鋰正極材料引起廣泛關(guān)注，富鋰正極材料主要是Li₂MnO₃與層狀材料LiMO₂(M為Ni、Co、Fe或Cr)形成的固溶體，具有α-NaFeO₂層狀結(jié)構(gòu)。

目前在已有的報道中，合成富鋰正極材料的方法以共沉淀法較多，但共沉淀法在生產(chǎn)過程中工藝復(fù)雜，消耗原料較多，不宜作為工業(yè)化大規(guī)模批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，該鋰離子電池正極材料具有高比容量，循環(huán)性能好。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述鋰離子電池正極材料，特征是：所述正極材料的化學(xué)通式為Li[Li_aMn_bNi_cCo_dM_e]O₂，其中0.05≤a≤0.25，0.4≤b≤0.8，0.03≤c、d、e≤0.15，且a+b+c+d+e＝1，M為Al、Cr、Ti、Mg中的一種或多種。

本發(fā)明還保護(hù)一種鋰離子電池正極材料的制備方法，特征是，采用以下工藝步驟：

(1)將鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、鈷鹽和M鹽在攪拌條件下溶于去離子水中，鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、鈷鹽和M鹽的總濃度為0.2～6mol/L，攪拌速度為90～180轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為10～60分鐘；再加入濃度為0.5～3mol/L的絡(luò)合劑水溶液，再在攪拌速度為90～180轉(zhuǎn)/分鐘的條件下滴加質(zhì)量百分濃度為15～28％的氨水溶液調(diào)節(jié)pH值為6～8；所述鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、鈷鹽和M鹽的摩爾比為1～1.25∶0.4～0.8∶0.03～0.15∶0.03～0.15∶0.03～0.15，M鹽為鋁鹽、鉻鹽、鈦鹽、鎂鹽中的一種或多種；所述錳鹽、鎳鹽、鈷鹽和M鹽的總量與絡(luò)合劑的摩爾比為1∶0.9～1.2；

(2)在50～90℃的條件下，對步驟(1)得到的混合溶液在攪拌速度200～500轉(zhuǎn)/分鐘的條件下進(jìn)行恒溫蒸發(fā)4～10小時，得到溶膠；

(3)將溶膠置于鼓風(fēng)干燥箱中于80～180℃條件下干燥4～12小時，以蒸發(fā)驅(qū)除水分，得到干凝膠；

(4)將干凝膠置于馬弗爐中進(jìn)行煅燒，升溫速度為1～5℃/min，升溫至200～600℃，煅燒2～20小時，得到前驅(qū)體；