[發明專利]一種具有雙層結構的多元正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410181786.1
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103943834A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 劉洋
• 申請（專利權）人: 劉洋
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉一種具有雙層結構的多元正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于其具有高能量、環境友好等特點而迅速占據消費市場，廣泛應用于便攜式電子產品、電動汽車等領域。高性能鋰離子電池，其關鍵在于正極材料的選取。

目前已商業化的正極材料主要有鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳酸鋰(LiNiO₂)、錳酸鋰(LiMnO₂)和鎳鈷錳三元材料，尖晶石結構的錳酸鋰(LiMn₂O₄)，NASCION結構的磷酸釩鋰(Li₃V₂(PO₄)₃)以及聚陰離子類正極材料磷酸金屬鋰(LiMPO₄)和硅酸金屬鋰(Li₂MSiO₄)。層狀鈷酸鋰正極材料是最早商業化的鋰離子電池，雖然其能量密度高，但其成本高，對環境污染也比較大；尖晶石錳酸鋰正極材料成本低，安全性高，不過其比容量低和高溫性能較差；層狀鎳酸鋰正極材料容量高，但是合成條件苛刻；橄欖石磷酸亞鐵鋰正極材料價格適中，循環性能非常好，但低溫性能不好，體積比能量較低。縱觀目前主要的幾種正極材料，多元正極材料顯示獨特的優勢，集結了鈷酸鋰、錳酸鋰和鎳酸鋰三種正極材料的優點，即高能量，高容量，高安全性等，充放電平臺與鈷酸鋰相近，被認為是最有可能替代鈷酸鋰而商業化的正極材料之一。不過，該材料也存在循環性能不佳等不足之處，還不能完全滿足市場需求的高能量，高功率密度。

發明內容

本發明提供一種具有雙層結構的多元正極材料的制備方法，使用該方法制備的正極材料，具有較高的能量密度和循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明提供的一種具有雙層結構的多元正極材料的制備方法，該多元正極材料包括核心層和滲透層，其中核心層具備如下化學式LiNi_1-x-yCo_xAl_yO_2-aBr_a，其中x＝0.08-0.12，y＝0.16-0.25，a＝0.05-0.08，該方法包括如下步驟：

(1)制備核心層前軀體

將硝酸鎳、氯化鈷、硫酸鋁、草酸鋰、溴化鋰溶于去離子水中形成混合鹽溶液，混合鹽溶液的總濃度為0.6-0.8mol/L，混合均勻后加入濃度為1.5-2mol/L的檸檬酸水溶液，再加入質量百分濃度為30-35％的氨水溶液調節pH值為7-9，所述硝酸鎳、氯化鈷、硫酸鋁、草酸鋰、溴化鋰的摩爾比為1-x-y∶x∶y∶1-a∶a，所述硝酸鎳、氯化鈷、硫酸鋁的總量與檸檬酸的摩爾比為1∶1.1-1.2；

將混合后的溶液于70-85℃的水浴中加熱以蒸發水分，加熱時間為10-12h，并不斷攪拌，攪拌速度為600-800r/min，得到濕凝膠體，將凝膠體于鼓風干燥箱中烘干，烘干溫度為150-170℃，烘干時間為6-10h，得到干凝膠，將干凝膠體進行預燒，預燒溫度為300-400℃，預燒時間為2-4h，得到核心層前驅體；

(2)包覆滲透層

將上述核心層前驅體自然冷卻至室溫后于球磨機中研磨3-5h后得到前軀體微球粉末，備用；

將鋰鎳錳鋁的乙酸鹽溶解在去離子水中，其中鋰鎳鈷鋁元素的摩爾比為50∶10-15∶3-5：6-8∶10-15：3-5，得到金屬離子總濃度為1-2mol/L的乙酸鹽溶液；

將上述前軀體微球粉末和分散劑丙酮一并放入配好的乙酸鹽溶液中混合均勻，其中前軀體微球粉末中鎳鈷鋁元素總量與乙酸鹽溶液中的鎳鈷鋁元素總量的摩爾比為2-3:1，攪拌形成懸浮液，然后將懸浮液在200-220℃噴霧干燥后得到包覆有滲透層的前軀體；

(3)燒結

將噴霧干燥后的前驅體在900-1000℃下進行煅燒，煅燒時間為12-24h，煅燒后自然冷卻至室溫后再次在球磨機上研磨1-2h，得到最終產品。

本發明制備的正極材料，具有組分配比不同的雙層結構，使得該正極材料的活性物質形成梯度，其中核心層具有較高的Ni含量，以保證材料的高容量，滲透層具有較高的鋁含量，以保證材料的循環穩定性，此外通過滲透式包覆提高了材料的比表面積，再次提高了該材料整體的能量密度。因此該正極材料在用于鋰離子電池時，具有較高的比容量和較長的使用壽命。

具體實施方式

實施例一