[發明專利]鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611261852.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106784792A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳鵬;劉曉艷
• 申請（專利權）人: 深圳市沃特瑪電池有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/485;H01M10/0525;C01G53/00
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技術領域

本發明屬于新能源材料領域，更具體地說，本發明涉及一種具有理想循環穩定性和克容量的摻雜釔的鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著智能電子產品和電動交通工具的廣泛應用，對儲能電池的能量密度和續航時間的要求也越來越高。但是目前的鋰離子電池的放電比容量均未突破200mAh/g，模塊能量密度為100～150Wh/kg，難以滿足人們的使用需求。因此，富鋰材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂憑借其超高的比容量(大于250mAh/g)和較高的工作電壓平臺(3.8V)以及高熱穩定性且綠色環保等優點引起了各國研究者們的關注。但是，富鋰材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂同時也存在首次充放電庫倫效率低、倍率性能差、循環過程中容量和電壓衰減快等缺陷，嚴重阻礙了其商業化進程。

針對上述問題，目前主要是從改善材料結構穩定性角度考慮，具體分為表面包覆和元素摻雜。表面包覆雖然可以緩解富鋰材料在高截止電壓下與電解液的副反應，保護材料不被電解液腐蝕，但是無法從根本上解決富鋰材料在鋰離子脫嵌時其層狀結構發生的坍塌而引起電池性能的急劇惡化；而且表面包覆還容易出現厚度不均、包覆不徹底、環境污染等問題。元素摻雜將陰陽離子引入材料晶格中，可從根本上增強富鋰材料的結構穩定性和電子電導性，同時半徑較大的陽離子摻雜還可拓寬鋰離子擴散通道，從而提高材料的電化學性能。

常見的元素摻雜多為摻雜Mg²⁺、Al³⁺、Mo³⁺，稀土元素摻雜方面的研究較少。有人采用固相法摻雜稀土元素鑭/鈰，但是固相法容易出現原料混合不均的問題，導致摻雜元素分布不均一；還有人采用燃燒法制備摻雜稀土元素鑭/釤的富鋰材料，但是該方法是利用乙酸或硝酸鎳鈷錳鋰鹽與乙醇在高溫下點燃，此反應很難控制，不適合工業化生產。

有鑒于此，確有必要提供一種理想的鋰離子電池正極材料的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有富鋰材料存在的循環穩定性差、摻雜稀土元素時存在的摻雜元素分布不均、不適合工業化生產等問題，提供一種具有理想循環穩定性和克容量的摻雜釔的鋰離子電池正極材料及其制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其包括如下步驟：

(1)配置高分子溶液，加入稀土元素化合物、鎳鈷錳鹽、鋰源化合物和草酸/草酸銨/草酸氫銨；調節pH，得到混合溶液；

(2)步驟(1)所得混合溶液經干燥、高溫焙燒，得到鋰離子電池正極材料。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述高分子溶液包括瓜爾豆膠、羥乙基纖維素、羥甲基纖維素、白油、卵磷脂、聚丙烯酸、聚乙二醇中的一種或幾種的混合。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述稀土元素化合物為釔化合物、鑭化合物、釤化合物或鈰化合物。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述釔化合物為氧化釔、硝酸釔、硫酸釔中的一種或幾種。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述鎳鈷錳鹽為鎳鈷錳硝酸鹽、鎳鈷錳硫酸鹽、鎳鈷錳乙酸鹽中的一種或幾種。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述調節pH至6～8。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述調節pH是通過添加氨水調節。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述干燥是噴霧干燥，噴霧流量為600～1000ml/h，進口溫度為170±30℃，出口溫度80±20℃。

作為本發明鋰離子電池正極材料的制備方法一種改進，所述高溫焙燒的溫度為800～1000℃。

為了實現上述發明目的，本發明還提供了一種鋰離子電池正極材料，其化學式為Li_1.4Ni_0.15Co_0.15Mn_0.7-xY_xO₂，0＜x≤0.1，其制備方法包括如下步驟：

(1)配置高分子溶液，加入稀土元素化合物、鎳鈷錳鹽、鋰源化合物和草酸/草酸銨/草酸氫銨；調節pH，得到混合溶液；

(2)步驟(1)所得混合溶液經干燥、高溫焙燒，得到鋰離子電池正極材料。