[發(fā)明專(zhuān)利]鋰離子電池及其多元正極材料、制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310472472.2
• 申請(qǐng)日: 2013-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103500827B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏恒濤;吳承仁;柳娜;阮丁山;吳振豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/505
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/505;H01M4/525;H01M4/13
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利代理有限公司44202
• 代理人: 王基才,王冬華

1.一種多元鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述正極材料的化學(xué)通式為L(zhǎng)i_xNi_aCo_bMn_cN_yO₂，其中，N為T(mén)i、Mg、Al三種元素，x、a、b、c、y的取值同時(shí)滿(mǎn)足以下條件：1.0≤x≤1.15，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1，0.003≤y≤0.07，且a+b+c+y＝1；所述正極材料為層狀結(jié)構(gòu)，依次包括：含有鋰鎳鈷錳氧化物的內(nèi)核純相層；含有摻雜元素Ti的表面摻雜層；含有包覆元素Al的氧化物表面包覆層；以及位于表面摻雜層和表面包覆層之間、含有摻雜元素Mg的淺表?yè)诫s過(guò)渡層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元鋰離子電池正極材料，其特征在于：淺表?yè)诫s過(guò)渡層的厚度為0.5-2.0μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元鋰離子電池正極材料，其特征在于：所述化學(xué)通式中的y為0.015～0.03。

4.一種制備權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述多元鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于：首先合成一種體相中含有鎳、鈷、錳三種元素的多元前驅(qū)體，再經(jīng)過(guò)前驅(qū)體液相表面摻雜Ti和鋰化處理，最后進(jìn)行表面火法摻雜Mg和包覆Al₂O₃處理，制得復(fù)合改性的多元鋰離子正極材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多元鋰離子電池正極材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體的制備：將鎳、鈷、錳的鹽溶液配制成過(guò)渡金屬混合溶液；采用連續(xù)并流反應(yīng)的方式，將過(guò)渡金屬混合溶液、強(qiáng)堿溶液和絡(luò)合劑溶液同時(shí)泵入到反應(yīng)釜中攪拌，攪拌過(guò)程中控制pH值在10～13之間，過(guò)程控制反應(yīng)釜溫度在25℃～90℃，反應(yīng)釜中有惰性氣體保護(hù)；反應(yīng)完成后，經(jīng)陳化、過(guò)濾、洗滌和真空干燥，得到鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體；

第二步，鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體表面Ti摻雜處理：將鈦源溶解，然后將第一步得到的產(chǎn)物加入到鈦溶液中，攪拌、過(guò)濾，經(jīng)50℃～110℃下真空干燥，得到表面含有鈦的鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體A；

第三步，預(yù)燒結(jié)：將第二步得到的前驅(qū)體A進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為450℃～700℃，燒結(jié)時(shí)間為2h～8h；

第四步，鋰化處理：將鋰源和第三步得到的預(yù)燒結(jié)后的前驅(qū)體加入到球磨罐中球磨；將球磨得到的混合粉料放置在氧化鋁坩堝中，然后在350℃～500℃下燒結(jié)1h～8h，繼續(xù)升高溫度至700℃～1050℃下燒結(jié)6h～18h，得到初步鋰化的鎳鈷錳三元材料B；

第五步，表面鎂摻雜處理：將第四步得到的球形鎳鈷錳三元材料B加入一定量的鎂源，放入到球磨罐中球磨混合，然后將混合好的粉料進(jìn)行再次煅燒，可得到鎂表面摻雜的鎳鈷錳三元材料C；

第六步，表面包覆處理：將鋁源溶解于反應(yīng)助劑中，然后將第五步得到的鎳鈷錳三元材料C加入鋁源溶液中，攪拌、過(guò)濾和真空干燥后，煅燒得到復(fù)合改性的多元鋰離子正極材料D。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多元鋰離子電池正極材料制備方法，其特征在于：所述第一步中的鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳中的至少一種；鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷中的至少一種；錳鹽為硫酸錳、氯化錳或硝酸錳中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多元鋰離子電池正極材料制備方法，其特征在于：所述第一步中的強(qiáng)堿溶液為NaOH或KOH；絡(luò)合劑溶液為氨水或者氨基羧酸鹽。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多元鋰離子電池正極材料制備方法，其特征在于：所述第二步中的鈦源為鈦酸四丁酯或者四氯化鈦，所加入鈦源中Ti元素與鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體的摩爾比為0.1～5.0：100。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多元鋰離子電池正極材料制備方法，其特征在于：所述第二步中，所加入鈦源中Ti元素與鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體的摩爾比為0.5：100。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多元鋰離子電池正極材料制備方法，其特征在于：所述第五步中的鎂源為納米氧化鎂或精制氧化鎂，所加入鎂源中鎂元素與三元材料B的摩爾比為0.1～1.0：100；第五步煅燒的溫度為700℃～900℃，燒結(jié)時(shí)間為4h～10h。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多元鋰離子電池正極材料制備方法，其特征在于：所述第五步中，所加入鎂源中鎂元素與三元材料B的摩爾比為0.5:100。