[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210272153.2
• 申請(qǐng)日: 2012-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102769136A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿海龍;王振偉;胡博;趙立平;李慎范
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東齊星新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/48
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

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，具體涉及鋰離子電池正極材料Li_1.3-xNa_xCo_1-y-zNi_yMn_zO₂及其制備方法，屬于鋰離子材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

地球溫室氣體的主要來(lái)源之一是城市汽車尾氣排放，汽車尾氣排放也是城市空氣污染的主要來(lái)源。解決的途徑之一就是電動(dòng)汽車的使用，以電動(dòng)汽車取代傳統(tǒng)概念上的汽車。鋰離子電池是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的主要候選者，也是最有競(jìng)爭(zhēng)力的候選電池體系。目前，鋰離子電池的正極材料以鈷酸鋰、錳酸鋰為主，而負(fù)極材料則以碳基材料為主。鈷酸鋰的價(jià)格比較高，安全性較差，且地球上的鈷資源十分有限，因此，鈷酸鋰不適于作為生產(chǎn)鋰離子電池正極材料大量使用。錳酸鋰的缺點(diǎn)是高溫下循環(huán)壽命差。此外，在研的作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料使用的候選材料還包括：橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽系列材料，鎳酸鋰，磷酸釩鋰以及釩氧化物等。橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽材料中，磷酸鐵鋰的缺點(diǎn)是批量生產(chǎn)中產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，并且還具有工作電壓低、堆積密度小等缺點(diǎn)，這些會(huì)導(dǎo)致能量密度低。磷酸錳鋰的生產(chǎn)工藝還需進(jìn)一步完善，其循環(huán)性能也較差。磷酸鈷鋰的價(jià)格較高，且循環(huán)穩(wěn)定性較差。磷酸鎳鋰的電化學(xué)性能還不十分清楚，即使它有應(yīng)用前景，但是目前還沒(méi)有相匹配的電解液。鎳酸鋰的缺點(diǎn)在于其制備工藝繁瑣且難控制。磷酸釩鋰的綜合電化學(xué)性能較好，但是環(huán)境污染較大，毒性較高。釩氧化物系列材料的性能還需進(jìn)一步完善，特別是循環(huán)穩(wěn)定性。

富鋰層狀固溶體系列材料很有可能成為下一代鋰離子電池正極材料的首選，它具有容量高、價(jià)格適中、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作電壓適中、荷電狀態(tài)容易判斷等優(yōu)點(diǎn)。

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102332578A（申請(qǐng)?zhí)枺?01110281767.2）公開(kāi)了一種高容量鋰離子電池正極材料的制備方法，包括:1)將摩爾比為x:(2/3-x):x的可溶性鎳、錳、鈷的化合物溶于水，配成金屬離子總濃度為0.5-3mol/L的混合溶液；2)將碳酸鈉溶于水,配成濃度為0.2-2mol/L的溶液；3)將過(guò)量的碳酸鈉溶液和氨水并流滴入步驟1)中的混合溶液中,攪拌,生成沉淀；4)將沉淀過(guò)濾、洗滌、烘干得到碳酸鹽沉淀前驅(qū)體；將摩爾比為1:(4/3-x)的碳酸鹽沉淀前驅(qū)體與鋰鹽混合，在球磨介質(zhì)中球磨一段時(shí)間后高溫焙燒一定時(shí)間，冷卻至室溫，制得Li4/3-x[NixMn2/3-xCox]O2系列材料。由該方法制得的材料制備電極，存在放電容量不高，電極循環(huán)性能較差，無(wú)法滿足市場(chǎng)需求的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鋰離子電池正極材料Li_1.3-xNa_xCo_1-y-zNi_yMn_zO₂及其制備方法。

一種鋰離子電池正極材料，結(jié)構(gòu)式如下：

Li_1.3-xNa_xCo_1-y-zNi_yMn_zO₂

其中，x=0.001～0.5，y=0.1～0.8，z=0.3～0.8，且y＋z=0.4～0.9。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述x=0.3～0.5，y=0.3～0.5，z=0.4～0.6，且y＋z=0.8～0.9。

上述鋰離子電池正極材料的制備方法，步驟如下：

按鋰、鈉、鈷、鎳、錳元素摩爾比（0.8～1.56）:（0.001～0.5）:（0.1～0.6）:（0.1～0.8）:（0.3～0.8）稱取鈉鹽、鈷鹽、鎳鹽、錳鹽和鋰鹽，混合均勻后在保護(hù)氣存在的條件下，250～300℃燒結(jié)3～7小時(shí)，自然冷卻后混合研磨均勻，再在保護(hù)氣存在的條件下，500～900℃燒結(jié)12～36小時(shí)，得燒結(jié)產(chǎn)物，然后經(jīng)后處理工藝制得鋰離子電池正極材料。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述鋰、鈉、鈷、鎳、錳元素摩爾比為（0.88～1.2）:（0.3～0.5）:（0.1～0.2）:（0.3～0.5）:（0.4～0.6）。鋰鹽過(guò)量添加是為了彌補(bǔ)制備過(guò)程中鋰鹽的損失。

根據(jù)本發(fā)明更優(yōu)的，所述鋰、鈉、鈷、鎳、錳元素摩爾比為1.2：0.3：0.2：0.3：0.6。

根據(jù)本發(fā)明更優(yōu)的，所述鋰、鈉、鈷、鎳、錳元素摩爾比為0.88：0.5：0.3：0.1：0.6。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的鋰鹽為碳酸鋰、醋酸鋰、檸檬酸鋰中的一種或者兩種以上以任意比混合的混合物。