[發明專利]一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰及其制備方法

無效

• 申請號: 201310027191.6
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103050686A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 商士波;劉力瑋;文一波;吳傳勇;涂國營;魏有清;張守祥;張小艷
• 申請（專利權）人: 湖南桑頓新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/485
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料，特別涉及一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰及其制備方法。

背景技術

鋰電池作為新一代的綠色環保電源，其具有高的能量密度、高的放電平臺等優點，廣泛用于手機、相機、筆記本電腦、電動工具、礦燈、電動自行車和電動汽車等產品。隨著電子產品的快速發展對鋰離子電池的能量和功率要求越來越高，而鋰電池的正極材料是鋰電池的重要組成部分，是鋰電池性能的主要影響因數，現在商業化的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰和磷酸鐵鋰，對于3C電子產品鈷酸鋰占據較大的市場，但價格較高，Li_xNi_0.8Co_0.15Al_0.05-yM_yO₂價格低，壓實密度高，克容量高，體積比容量高于鈷酸鋰，具有廣泛的應用前景。

合成鎳鈷鋁酸鋰電池正極材料Li_xNi_0.8Co_0.15Al_0.05-yM_yO₂的方法主要包括：共沉淀法、包覆法、低熱固相法、絡合法、溶液-凝膠法，共沉淀法工藝相對簡單，材料容量高，但對環境有污染；其他方法工藝較復雜，產量小，成本高，不適合批量生產。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種成本低、操作簡單的高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰及制備方法。

本發明解決上述問題的技術方案是：一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰，其組成通式為：Li_xNi_0.8Co_0.15Al_0.05-yM_yO₂，其中1≤x＜1.2，0≤y＜0.05，M源化合物為Ti、Mg、Zr、Ga、Sr、La、Ce、Pr、Nd、Nb、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb的氫氧化物、氧化物或鹽中的一種或幾種。

一種高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的制備方法，包括如下步驟：

(1)按離子摩爾比為0.8:0.15:0.05的比例稱取鎳源、鈷源、鋁源+元素M源，在斜式混料機、錐形螺旋混料機或振動式混料機中進行球磨混合；

(2)將步驟(1)制得的混合物在550～800℃溫度下進入推板式電阻爐、隧道式電阻爐或管道式電阻爐中煅燒2～20h，按照5～20m³/h的流量在煅燒的時候通入空氣或氧氣，然后冷卻至室溫后取出；

(3)粉碎、分級步驟(2)的產物，制得中間產物鎳鈷鋁的氧化物；

(4)按照與中間產物鎳鈷鋁的氧化物的摩爾比為1~1.2的比例稱取鋰源化合物，與步驟(3)制得的初步產物在斜式混料機、錐形螺旋混料機或振動式混料機中進行球磨混合；

(5)將步驟(4)的產物在750～950℃溫度下進入推板式電阻爐、隧道式電阻爐或管道式電阻爐中煅燒2～20h，按照5～20m³/h的流量在煅燒的時候通入空氣或氧氣，然后冷卻至室溫后取出；

(6)將步驟(5)的產物粉碎、分級，得到高密度鎳鈷鋁酸鋰正極材料。

本發明所述步驟(1)和(4)中所述的球磨是以氧化鋯球、氧化鋁球、鐵芯或鋁芯的聚氨酯球為球磨介質進行球磨，球磨時間為1～5h。

本發明所述步驟(2)中，推板式電阻爐、隧道式電阻爐或管道式電阻爐的升溫速度為50～150℃/h，降溫速度為100～250℃/h。

本發明所述步驟(5)中，推板式電阻爐、隧道式電阻爐或管道式電阻爐的升溫速度為100～200℃/h，降溫速度為150～350℃/h。

本發明所述鋰源化合物為碳酸鋰、硝酸鋰、草酸鋰、氫氧化鋰中的一種或幾種；所述的鎳源化合物為氧化鎳、氫氧化鎳、碳酸鎳中的一種或幾種；所述的鈷源化合物為氧化鈷、四氧化三鈷、碳酸鈷中的一種或幾種；所述的鋁源為三氧化二鋁和氫氧化鋁中的一種或兩種。

本發明的有益效果在于：本發明所制備的產品高密度鎳鈷鋁酸鋰壓實密度大于3.6g/cm³，比容量大于185mAh/g，性能穩定，一致性好。本發明工藝簡單，且不產生廢水，對環境無污染，制備過程易于控制和操作，生產成本較低，有很好的工業化前景。

附圖說明

圖1為本發明制備的高密度鋰離子電池正極材料鎳鈷鋁酸鋰的X射線衍射圖譜（XRD）；