[發(fā)明專利]一種富鋰三元層狀鋰離子電池正極材料

無效

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• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102709543A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 鄭圣泉;陳紅雨;楊歡
• 申請（專利權）人: 株洲泰和高科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池的正極材料，特別涉及一種富鋰的三元層狀正極材料，能有效提高三元層狀正極材料的比容量并改進循環(huán)性能。

背景技術

由于科學技術迅速發(fā)展，人們生活水平得到極大提高，特別近幾十年化學電源得到了高速發(fā)展。由于對化學電池的需求從量到質都在不斷提升，尤其在電子、通訊、汽車、航天等領域，要求體積小、重量輕、高能、高功、長壽命、低成本、對環(huán)境友好的電池日趨迫切。目前商用的鋰離子正極材料大都采用鋰鈷錳鎳三元層狀材料，雖然以錳、鎳替代鈷的方法降低鈷的含量以降低成本以及解決了原料來源的瓶頸。但三元層狀材料的電壓均在4.3?V以下，可逆容量僅140-150?mAh/g，相比較與商用的鋰離子電池中負極材料的300?mAh/g以上的比容量，三元正極材料的容量成為一更大的瓶頸。故針對三元層狀正極材料的電壓低和容量低的缺陷，對其進行改性是十分重要的課題，而富鋰正是一種具有應用前景廣泛的正極材料。目前鋰離子電池正極材料的制備方法有固相法、熔鹽法、水溶液法、共沉淀法、水熱法、超聲波噴霧高溫分解法、模板法、溶膠凝膠法等，但其均有各自的缺點，如成本高、條件苛刻、顆粒不均勻、反應效率低、工藝復雜等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的之一在于對三元層狀正極材料進行改進，以富鋰結構提高其比容量和工作電壓，從而得到一種高容量和高電壓的優(yōu)異正極材料。

本發(fā)明目地之二在于針對上述制備方法上的缺陷提供一種操作簡單易行、所需原材料價格低廉、生產(chǎn)成本低、利于環(huán)保的鋰離子電池正極材料。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種富鋰三元層狀鋰離子電池正極材料，其特征在于，分子式為：Li_1+αMn_xNi_yCo_zO₂。

其中：0.05<α<0.5，0.5<x<0.8，0.05<y<0.2，0.05<z<0.2。

（1）將可溶性鋰鹽、錳鹽、鎳鹽和鈷鹽按Li：Mn：Ni：Co的摩爾比為1+α：x：y：z的比例溶解于水中，其中：0.05<α<0.5，0.5<x<0.8，0.05<y<0.2，0.05<z<0.2，x+y+z=1，配制成金屬離子濃度為0.1～2mol/L的混合溶液。

（2）將酸性絡合劑溶于去離子水中，配制成濃度為0.1～2mol/L的溶液。

（3）將步驟（1）配制的混合溶液和步驟（2）配制的溶液同時均勻連續(xù)地加入到反應器中進行反應，控制反應溫度為40～80℃，用氨水調(diào)節(jié)pH值為6～8。

（4）將步驟（3）得到的溶液不斷攪拌蒸干。

（5）將步驟（4）得到凝膠前驅體置于80～120?℃的烘箱中干燥。

（6）將步驟（5）得到的凝膠前驅體在空氣氛圍中450～600?℃下預燒2～8?h，預燒時的升溫速率為1～10?℃/min，隨后在800～1000?℃下煅燒6～24?h，升溫速率為1～10?℃/min，冷卻并球磨后過200目篩，得到最終產(chǎn)物。

所述的可溶性鋰源為硝酸鋰、乙酸鋰、碳酸鋰和氫氧化鋰中的一種；可溶性錳鹽為硝酸錳、乙酸錳、硫酸和氯化錳中的一種；可溶性鎳鹽為硝酸鎳、乙酸鎳、硫酸鎳和氯化鎳中的一種；可溶性鈷鹽為硝酸鈷、乙酸鈷、硫酸鈷和氯化鈷中的一種。所述的酸性絡合劑為蘋果酸、馬來酸、酒石酸、海藻酸、檸檬酸三銨、草酸銨中的一種。

本發(fā)明的具體優(yōu)點表現(xiàn)為：1、采用本發(fā)明所述的方法制備的富鋰層狀三元材料的理論比容量超過300?mAh/g，實際可利用的比容量大于200?mAh/g，能力密度可大于300?Wh/kg。

2、采用本發(fā)明所述的方法制備的富鋰層狀三元材料的工作電壓范圍在2.5-4.6?V，具有優(yōu)異的循環(huán)壽命。

3、采用溶膠凝膠法制得的材料具有粒徑小且均勻的特點，且工藝簡單，成本低。

4、該方法制得的材料組裝的鋰離子電池，循環(huán)壽命延長，深放電性能得到改善，可廣泛應用于電力、通信、軍用通信臺站、電動車等領域。

附圖說明

圖1?為實施例1所述目標產(chǎn)物的電池循環(huán)充放電曲線圖；

圖2為實施例1所述目標產(chǎn)物的XRD圖譜圖；

圖3?為實施例1所述目標產(chǎn)物的掃描電鏡圖；

圖4為實施例2所述目標產(chǎn)物的電池循環(huán)充放電曲線圖；

圖5為實施例3所述目標產(chǎn)物的電池循環(huán)充放電曲線圖；