[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410337295.1
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104201370A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 陳永翀;康利斌;張艷萍;張萍;王秋平
• 申請（專利權）人: 北京好風光儲能技術有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于電化學電池制造技術領域，涉及一種鋰離子電池中使用的正極材料，具體涉及一種正極材料Li_aM_x(NiMn)_yO₂及其制備方法。?

背景技術

鋰離子電池中鋰離子主要來源于正極材料，正極材料直接影響鋰離子電池的能量密度。各種鋰離子電池正極材料中，獲得廣泛商業化應用的是鈷酸鋰，然而鈷酸鋰實際可用比容量為130mAh·g^-1，相對偏低，且鈷資源稀缺，成本較高，這妨礙了鈷酸鋰大規模使用。?

考慮到成本和容量性能，鎳鈷錳酸鋰三元正極材料已經引起廣泛的關注和研究，其中LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂和LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，也就是常說的333，424和523，已經商業化。盡管與鈷酸鋰正極材料相比，鎳鈷錳酸鋰三元正極材料一定程度上降低了正極材料的成本，但依然含有鈷元素。?

由于鈷資源的缺乏和鈷酸鋰正極材料比容量限制，有必要研發比容量高、導電性能好、循環壽命長且不含鈷元素的正極材料。例如，公開號為103456946A的中國專利公開了一種表達式為Li_1+zNi_xMn_yA_1-x-yO₂(0.5≤x≤0.9，0.1≤y≤0.5，0.9≤x+y≤1，0＜z≤0.1)正極材料，不含鈷元素，首次放電比容量大于130mAh/g，相對偏低。?

在正極材料制備方法方面，主要有沉淀法、固相法和噴霧熱解法。沉淀法由于沉淀時的不一致性使得成品中各元素比例難以精確調控，重復性較差；如果采用傳統的固相法，則制備的材料顆粒粗大、成份和相均勻性差；而噴霧熱解法則噴霧干燥裝置組成復雜龐大，投資大，影響產品質量的因素較多。?

發明內容

本發明的一個目的是提供一種用于鋰離子電池中的正極材料Li_aM_x(NiMn)_yO₂，本發明提供的正極材料Li_aM_x(NiMn)_yO₂成本低，不含鈷元素、比容量高、電子導電性好、循環壽命長。?

本發明采用以下技術方案：?

一種鋰離子電池正極材料；所述正極材料通式為Li_aM_x(NiMn)_yO₂，其中M為非稀土元素Al、Mg、Cu或稀土元素La、Ce、Pr、Pm、Sm中的至少一種元素，1.3≤a≤1.5，0≤x≤0.1，0.3≤y≤0.5；所述正極材料具有α-NaFeO₂層狀結構。?

通過離子摻雜，本發明提供的正極材料電子導電性和循環壽命有效提高。離子摻雜是提高鋰離子電池正極材料的循環壽命和電子導電能力的有效手段之一。例如，由于Al-O鍵比Ni-O鍵和Mn-O鍵有更強的鍵能，因此Al³⁺摻雜后的正極材料結構更穩定，循環壽命增加；再如，由于Cu²⁺特殊的外層電子構型，Cu²⁺摻雜后的正極材料電子導電性可以得到較明顯的?提高；其他離子的摻雜也可以達到與上述離子相同或類似的效果。?

本發明的另一個目的是提供一種正極材料Li_aM_x(NiMn)_yO₂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：?

(a)室溫環境下，按計量比稱取硝酸鋰、硝酸鎳、硝酸錳和待摻雜金屬離子的硝酸鹽，將稱取的原料置于容器中，加入適量去離子水，采用液相混合方法將原料混合均勻，得到混合溶液；?

(b)將步驟(a)制得的混合溶液在一定溫度下通過滾筒干燥器蒸發、干燥、熱解得到氮氧化物氣體和固態前驅體；?

(c)將步驟(b)所得氮氧化物氣體在吸收轉化塔中經適當處理轉化成稀硝酸，并分別與碳酸鋰或氫氧化鋰、氫氧化鎳、碳酸錳或氫氧化錳反應，制得硝酸鋰、硝酸鎳、硝酸錳，作為原料在步驟(a)中使用；?