[發明專利]一種四元鋰離子電池正極材料及制備方法

有效

• 申請號: 201310140912.4
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103227322A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 王曉薇;張春麗
• 申請（專利權）人: 秦皇島科維克科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/1391
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有比能量高，重量輕，安全環保、性能穩定等特點，已經廣泛應用于手機和數碼電器、電動汽車、電動工具等眾多需要能量載體的領域。目前市場上商品化的鋰離子電池，根據正極材料的不同可分為磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池、三元材料電池等。其中，磷酸鐵鋰電池比能量比較低，只能達到100～130Wh/Kg，但安全性最好。鈷酸鋰和三元材料電池可以達到接近200Wh/Kg的高能量密度，特別是鈷酸鋰電池，目前體積比能量已經達到550Wh/L。以上電池體系的缺點是：鈷酸鋰和三元正極材料都含有較多的昂貴鈷元素，造成價格居高不下。另外，從國家發展戰略來看，200Wh/Kg左右的比能量仍不能滿足要求，電動汽車用的鋰離子電池體系比能量至少應該在250Wh/Kg，才能滿足用戶的要求。

從鋰離子電池的發展趨勢來看，應該是在降低成本的前提下，大幅度提高能量密度。目前，負極材料的改進余地不大，只能靠正極材料的改進提高電池的能量密度。正極材料的改進方向是提高比容量和放電電壓。目前，三元正極材料體系的發展趨勢是提高其中的鎳含量比例。鎳含量越高，比能量越大。LiNi_0.33Co_0.33Mn_0.33O₂一般只有145mAh/g左右的比容量，而LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂可以達到160mAh/g左右，LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂或LiNi_0.8Co_0.15Mn_0.05O₂可以達到180mAh/g以上。采用LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂制造電池可以使電池的比能量達到250Wh/Kg以上。

以上材料體系是從研究摻雜鎳酸鋰（LiNiO₂）材料開始的。根據Chebiam等人（Structuralinstability?of?delithiated?Li_1-xNi_l-yCo_yO₂cathodes.Journal?of?the?Electrochemical?Society，2001，148:A49～53）的研究，在x<0.25時，Li_xNi_0.85Co_0.15O₂(H2和H3）處于全脫鋰狀態時，只存在一種立方相(H3)。這種行為與LiCoO₂(x<0.45時氧損失）一樣，這就造成實際容量低。為了進一步改善LiNi_1-yCo_yO₂正極材料的電化學性能和熱穩定性能，研究者們用其他的陽離子部分取代鎳鈷。Al取代Ni/Co也可以在一定程度上改善材料的結構穩定性，提高材料的充電循環穩定性能。隨著工藝技術的發展，LiNi_l-x-yCo_xAl_yO₂正極材料也得到了極大的關注，LiNi_l-x-yCo_xAl_yO₂材料被認為是極具應用前景的新一代鋰離子電池正極材料。

長期以來，高鎳含量的正極材料制備存在較大的技術難題。例如，燒結困難，金屬陽離子容易存在混排等缺陷，鎳容易存在氧化不完全等問題，特別是變價不充分時存在Jahn-Teller效應而使循環性能較差。