[發明專利]一種鋰離子電池用鎳鈷鋁鋰和錳酸鋰復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410312124.3
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104037404A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 徐寧;魏玉研;呂菲;程曉焜;吳孟濤
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/36
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王曉紅

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池，具體涉及一種鋰離子電池用鎳鈷鋁鋰和錳酸鋰復合材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子二次電池因其具有能量密度高、循環壽命長、自放電率小等優點而被廣泛應用于便攜式電子產品、電動交通工具、二次充電及儲能及航空航天等領域。鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料，目前，錳酸鋰材料因其具有安全性好、無毒、污染小、資源豐富、成本低廉等優點被廣泛應用于鋰離子電池正極材料，但是錳酸鋰能量密度低的缺點限制其應用。

鎳鈷鋁鋰材料具有很高的能量密度，同時也存在很多缺點，例如循環性能差，安全性能差，限制其在鋰離子電池上的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種高能量密度，良好循環性能的鋰離子電池用鎳鈷鋁鋰和錳酸鋰復合材料及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鋰離子電池用鎳鈷鋁鋰和錳酸鋰復合材料，用作鋰離子電池的正極材料，所述正極材料是以鎳鈷鋁鋰為核，摻雜后的錳酸鋰材料為殼的一種核殼結構的復合材料。

所述的鎳鈷鋁鋰結構式為LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂；摻雜錳酸鋰結構式為LiMn_2-xM_xO₄(0.1≤x≤0.5)，M為Mg、Co、Al、Cr、Zn、Ti中的一種或兩種。

上述的鋰離子電池用鎳鈷鋁鋰和錳酸鋰復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取錳鹽、M金屬鹽和去離子水，其中錳元素和M金屬元素的摩爾比為3:1～19:1，去離子水質量：(錳鹽+M金屬鹽質量)＝1:1～10:1，M為Mg、Co、Al、Cr、Zn、Ti中的一種或兩種；將稱取好的物料加入容器中混合，攪拌，得到混合鹽溶液；

(2)配制濃度為1～5mol/L的沉淀劑溶液，所述沉淀劑為氫氧化鈉、氨水和碳酸氫銨中的一種或多種；

(3)在反應釜中加入去離子水作為底液，稱取鎳鈷鋁鋰材料，加入到反應釜中，攪拌配制成鎳鈷鋁鋰懸濁液，按照鎳鈷鋁鋰材料與(錳元素+M金屬元素)的摩爾比為1:1～5:1的比例將步驟(1)制得的混合鹽溶液和步驟(2)的沉淀劑溶液通過蠕動泵緩慢加入至反應釜中，控制反應液pH＝7～13，反應溫度為室溫，攪拌速度200～500rpm，直至鹽溶液完全打入反應釜中，沉化5～20h，在80～120℃干燥6～24小時，得到干燥樣品；

(4)以Li元素：(Mn元素+M金屬元素)的摩爾比為0.95:2～1.20:2的比例，將鋰源和步驟(3)得到的干燥樣品用高速混合機混合1～4h，得到包覆鎳鈷鋁鋰的錳酸鋰前驅體與鋰源的混合材料；

(5)將步驟(4)中所得混合材料分別進行兩次焙燒，一次焙燒以4℃/min的升溫速率升溫至500～800℃、保溫6～18個小時的方式進行燒結，二次焙燒以4℃/min的升溫速率升溫至300～600℃、保溫4～8h的方式進行燒結，將燒結所得材料進行破碎、篩分，即得所述鎳鈷鋁鋰與錳酸鋰復合材料。

所述錳鹽為氯化錳、硫酸錳或硝酸錳中的一種或多種。

所述鋰源為碳酸鋰、硝酸鋰、醋酸鋰和氫氧化鋰中的一種或多種以任意比的混合物。

所述鋰源為高純度的碳酸鋰。

本發明的有益效果是：本發明采用共沉淀法制備摻雜的錳酸鋰前驅體，使制備的錳酸鋰前驅體均勻地沉淀在鎳鈷鋁鋰材料表面，使錳酸鋰材料均勻地包覆在鎳鈷鋁鋰材料表面。同時，共沉淀法摻雜使各摻雜元素達到原子級別的混合，經過焙燒后，成品材料結構完整，降低了錳酸鋰殼在電池工作過程中錳的溶解。因此，鎳鈷鋁鋰與錳酸鋰復合材料具有容量高，循環性能優異及安全性能好的優點。另外，此制備方法簡單、安全、易于操作，適合大批量工業生產。

附圖說明

圖1是本發明五個實施例制備的鎳鈷鋁鋰與錳酸鋰復合材料循環100周的容量保持率圖。

具體實施方式

本發明的鋰離子電池用鎳鈷鋁鋰和錳酸鋰復合材料，用作鋰離子電池的正極材料，所述正極材料是以鎳鈷鋁鋰為核，摻雜后的錳酸鋰材料為殼的一種核殼結構的復合材料。