[發(fā)明專利]一種高功率鋰離子正極材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410326920.2 | 申請日： | 2014-07-08 |
| 公開（公告）號： | CN104091943A | 公開（公告）日： | 2014-10-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 呂正中;姜倩榮;袁中直;劉金成 | 申請（專利權(quán)）人： | 湖北金泉新材料有限責(zé)任公司 |
| 主分類號： | H01M4/525 | 分類號： | H01M4/525;H01M4/485;H01M4/62 |
| 代理公司： | 北京品源專利代理有限公司 11332 | 代理人： | 侯桂麗;鞏克棟 |
| 地址： | 448000 湖北省荊門市荊門高新*** | 國省代碼： | 湖北;42 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 功率 鋰離子 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電極材料領(lǐng)域，特別涉及一種高功率鋰離子正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
在鋰離子電池正極材料中，LiNiO2因其成本低和比容量高被認(rèn)為是一種很有前景的正極材料。LiNiO2的理論比容量為274mAh/g，實際容量已達190mAh/g～210mAh/g。工作電壓范圍為2.5～4.2V。但LiNiO2的制備條件非?？量蹋@給LiNiO2的商業(yè)化生產(chǎn)帶來相當(dāng)大的困難；LiNiO2的熱穩(wěn)定性差，在同等條件下與LiCoO2和LiMn2O4正極材料相比，LiNiO2的熱分解溫度最低(200℃左右)，且放熱量最多，這對電池帶來很大的安全隱患；LiNiO2本身存在陽離子混排，在充放電過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，使電池的循環(huán)性能變差。因此LiNiO2需進行改性才能得以時間應(yīng)用。
摻雜Co、Mg、Al、Ti、Zn等元素通過改變材料晶胞參數(shù)，從而改善Li+的脫嵌能力，同時還可以提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能。而Co、Al共摻雜可提高材料的熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等。使得LiNixCoyAl1-x-yO2正極材料成為了LiNiO2最優(yōu)潛力的替代品。如申請?zhí)枮?01310615074.1、201310055624.9、201310030082.X、201010624564.4、201210586983.2的發(fā)明均公開了含鎳鈷鋁鋰氧的正極材料及其制備方法。然而，其公開的LiNixCoyAl1-x-yO2正極材料仍存在一些的問題，如在正極材料中仍有Ni2+同Li+位混排的現(xiàn)象，致使容量損失，及充電態(tài)下Ni4+與電解液反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣與熱能會引起安全問題。
因此，又開發(fā)了通過包覆如Al2O3、SiO2、TiO2、LiCoO2、等材料可以減少正極材料和電解液的接觸，從而提高電池的循環(huán)性能。但是通常的包覆方法，存在包覆不均勻，且存在包覆空隙，反而會降低電池性能。如申請?zhí)枮?01410004698.4的發(fā)明通過氧化鋁包覆來改善充放電時Ni4+和電解液直接接觸的問題，但是氧化鋁本身是一種絕緣物質(zhì)，會降低正極材料的活性。而且由于氧化鋁包覆層的晶體結(jié)構(gòu)同正極材料差異性大，在電池循環(huán)一定次數(shù)后易脫落，導(dǎo)致安全問題。
另外，還有申請?zhí)枮?01310126568.3的發(fā)明以三元材料為內(nèi)核，以低比能量的三元材料為內(nèi)核，使得正極材料比能量相偏低，而且以不穩(wěn)定的二元材料為外殼，降低了內(nèi)核鎳鈷錳三元材料的穩(wěn)定性。
因此有必要開發(fā)一種新型的鎳系正極材料以提高材料的電化學(xué)性能，改善上述問題。
發(fā)明內(nèi)容
為克服上述不足，本發(fā)明在于提供一種高功率鋰離子鎳系正極材料及其制備方法。本發(fā)明的制備方法以高比能量的高鎳材料為內(nèi)核，穩(wěn)定的鎳鈷鋁和碳層為外殼，既提高了材料的體積比能量，又穩(wěn)定了材料的充放電性能，以最優(yōu)的方式凸顯了內(nèi)核的容量提升和外殼的保護作用。
為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種高功率鋰離子鎳系正極材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將混合均勻的鎳、鈷鹽溶液同絡(luò)合劑和沉淀劑并流進入裝滿底液的反應(yīng)釜，攪拌加熱下反應(yīng)20-40h；可通過控制pH、各溶液流速，將沉淀物控制在一定尺寸；反應(yīng)后的溶液進行固液分離，洗滌、干燥后的固體(即內(nèi)核前驅(qū)體)同摻雜物預(yù)燒結(jié)，粉碎后篩選能過200目的材料為內(nèi)核材料；
作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明的方法，步驟(1)中所述鎳、鈷鹽溶液中的金屬離子濃度，即鈷離子和鎳離子的濃度值和為1～5mol/L，例如為1.2mol/L、1.8mol/L、2.5mol/L、4.0mol/L、4.6mol/L等。
優(yōu)選地，所述鎳鹽、鈷鹽二者的鎳鈷離子摩爾比為70～90:10～30，例如為73:15、80:20、85:13、88:25等。
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