[發明專利]一種正極材料及其制備方法以及一種鋰離子電池

在審

• 申請號: 201610121393.0
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105514418A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 錢志挺;林國強;應旭峰;蘇一清
• 申請（專利權）人: 浙江新時代海創鋰電科技有限公司;新時代集團浙江新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種正極材料及其制備方法 以及一種鋰離子電池。

背景技術

近期電動汽車市場的爆發式增長，對鋰電池的需求量越來越大，由于鋰 離子電池具有高電壓、高容量、長循環、安全性能好等優點，使其在便攜式 電子設備、電動自行車、電動汽車、空間技術、國防工業等多領域具有廣闊 的運用前景，近幾年迎來研究熱潮。

正極材料是鋰離子電池的核心和關鍵，占電池總成本的30％以上。目前， 鋰離子電池用正極材料有LiCoO₂、LiMnO₂、LiNiO₂、LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂及 LiFePO₄等。目前此類材料的主要制備方法為：第一，將可溶性鎳鹽、鈷鹽、 錳鹽按比例配置成溶液、用共沉淀的方法合成鎳鈷錳氫氧化物；第二，將此 鎳鈷錳氫氧化物進行一次燒結，形成鎳鈷錳氧化物；第三，將鎳鈷錳氧化物 與碳酸鋰或者氫氧化鋰按比例球磨混合后進行燒結；第四，燒結品經過處理 后得到二次顆粒成品。但是，該套制備方法工藝路徑長，制備出的成品一般 都為二次顆粒型材料。目前主流的正極材料單晶尺寸基本都在1μm以下，二 次顆粒在5～15μm不等。這些由一次顆粒組成的二次顆粒之間還是存在一定的 空隙，由此材料制備而成的鋰電池在充放電過程中，材料的體積會出現膨脹、 收縮，長期在膨脹、收縮之后材料二次顆粒之間會出現開裂，導致顆粒內部 材料與電解液接觸面積成倍增加，增加材料與電解液的副反應，最終導致電 池循環跳水，電池循環壽命短。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種正極材料及其制備方 法以及一種鋰離子電池，本發明提供的正極材料應用于鋰離子電池中可以提 高電池的循環壽命。

本發明提供了一種正極材料，化學式如式(I)所示：

LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)M_aO₂，式(I)；

其中，M選自Ti、Mg、Zr、Cr、Fe、Mo和Al中的一種或多種；

0＜x≤0.6，0＜y≤0.4，0.6≤x+y≤1，0＜a＜0.1。

優選的，所述正極材料的粒徑為2～5μm。

本發明還提供了一種上述正極材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽和可溶性錳鹽溶解于水中，得到混合溶液；

B)將所述混合溶液與絡合劑和沉淀劑混合，進行反應，得到鎳鈷錳氫氧 化物；

C)將所述鎳鈷錳氫氧化物、碳酸鋰和M鹽分散于水中，得到懸濁液， 所述M鹽選自Ti鹽、Mg鹽、Zr鹽、Cr鹽、Fe鹽、Mo鹽和Al鹽中的一種 或多種；

D)將所述懸濁液依次進行噴霧干燥、煅燒和粉碎，得到正極材料。

優選的，所述可溶性鎳鹽選自硝酸鎳、硫酸鎳和氯化鎳中的一種或多種；

所述可溶性鈷鹽選自硝酸鈷、硫酸鈷和氯化鈷中的一種或多種；

所述可溶性錳鹽選自硝酸錳、硫酸錳和氯化錳中的一種或多種。

優選的，所述混合溶液中鎳離子、鈷離子和錳離子總的濃度為 0.5～2.0mol/L。

優選的，所述絡合劑選自氨水、檸檬酸和甘氨酸中的一種或多種；所述 沉淀劑選自氫氧化鈉。

優選的，步驟B)中，所述反應的pH值為9～14，所述反應的溫度為20～60 ℃。

優選的，所述碳酸鋰中鋰的摩爾量與所述鎳鈷錳氫氧化物中鎳、鈷和錳 的總摩爾量的比為(0.9～1.2)：1；

所述M鹽中M的摩爾量與所述鎳鈷錳氫氧化物中鎳、鈷和錳的總摩爾量 的比為(0～0.1)：1。

優選的，所述懸濁液中的固含量為40wt％～70wt％。

優選的，所述噴霧干燥在噴霧造粒塔中進行，所述噴霧干燥的壓力為 0.4～1.0Mpa，噴霧造粒塔塔腔內溫度為180℃～300℃，噴霧造粒塔的收集袋溫 度為80℃～120℃。

優選的，所述煅燒的升溫速率為1～5℃/min，所述煅燒的溫度為800～1200 ℃，所述煅燒的時間為8～20h。