[發(fā)明專利]鋰離子電池正極材料、其制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410542791.0
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN105576192A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳春宇;林建
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市比克電池有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 生啟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料、其制備方法及鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池因為高的工作電壓，高能量密度，無記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命長， 自放電低，環(huán)境友好等優(yōu)點在眾多儲能電池中脫穎而出，成功地被應(yīng)用在手機、 相機、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品以及其他便攜式的電子設(shè)備中，在不久的將來有 望被廣泛應(yīng)用于動力汽車(EV)、混合動力汽車(HEV)和航空航天等領(lǐng)域。

隨著能源與環(huán)境問題的日益嚴(yán)重以及數(shù)碼產(chǎn)品的更新?lián)Q代，其對鋰離子電 池的能量密度要求越來越高。正極材料是決定鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵性材 料。要提高鋰離子電池的能量密度主要有兩個途徑：一個是提高材料的比容量， 另外一個途徑就是提高材料的充放電電壓。

常見的正極材料有LiCoO₂、LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_l/3Co_l/3Mn_1/30₂和LiFePO₄等，放電電壓平臺低于4V，要獲得高電壓，需串聯(lián)多只單體電池，導(dǎo)致維護不 便、安全性能不好等問題，還會影響電池的功率密度和能量密度。LiMn₂O₄放電 電壓雖有4.1V，但存在Jahn—Teller效應(yīng)，導(dǎo)致容量及循環(huán)穩(wěn)定性都不理想。 過度金屬摻雜尖晶石型錳酸鋰LiMn_2-xM_xO₄(M＝Ge,Fe,Co,Zn,Ni,Cr,Cu)擁有5 V左右的高電壓平臺，且容量較高。其中，尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄與錳酸鋰一 樣是具有三維鋰離子通道的正極材料，可逆容量為146.7mAh/g，與錳酸鋰的差 不多，但電壓平臺為4.7V左右，比錳酸鋰的4V電壓平臺要高出15％以上，且 高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性也比原有的錳酸鋰有了質(zhì)的提升，被認(rèn)為是一種有潛力的 高能量密度鋰離子電池正極材料。然而，LiNi_0.5Mn_1.5O₄在充放電循環(huán)中，和 LiMn₂O₄一樣，可能發(fā)生的Mn的溶解和材料顆粒的崩裂，惡化了的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種循環(huán)穩(wěn)定性能較好的鋰離子電池正極材料、其制 備方法及鋰離子電池。

一種鋰離子電池正極材料，所述鋰離子電池正極材料的化學(xué)式為 LiNi_0.5-yMn_1.5-2yAl_2yO₄，其中0<y≤0.3。

一種鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將鎳源、錳源及鋁源按照鋰離子電池正極材料的化學(xué)式中各元素的化學(xué)計 量比混合后加入有機溶劑后進行球磨得到混合物，所述鋰離子電池正極材料的 化學(xué)式為LiNi_0.5-yMn_1.5-2yAl_2yO₄，其中0<y≤0.3；

將所述混合物在有氧氣氛中加熱至550℃～700℃，恒溫煅燒2小時～10小時 得到中間產(chǎn)物；

將所述中間產(chǎn)物與鋰源按照鎳源和鋰源中鎳與鋰的摩爾比為(0.5-y)：1～ (0.5-y):1.1混合后球磨得到預(yù)混料；

將所述預(yù)混料在有氧氣氛中，先加熱至400℃～600℃恒溫煅燒2小時～12小 時，再加熱至750℃～900℃恒溫煅燒2小時～24小時，然后降溫至500℃～600℃ 下退火處理2小時～24小時，冷卻后得到所述鋰離子電池正極材料。

在其中一個實施例中，所述鎳源選自鎳的氯化物、鎳的氧化物、鎳的硫酸 鹽、鎳的硝酸鹽及鎳的醋酸鹽中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述錳源選自錳的氯化物、錳的氧化物、錳的硫酸 鹽、錳的硝酸鹽及錳的醋酸鹽中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述鋁源選自氫氧化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁及氯化鋁 中的至少一種。

在其中一個實施例中，將所述混合物在有氧氣氛中加熱至550℃～700℃時的 升溫速率為1℃/min～10℃/min。