[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710113471.7
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN106784626A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉興泉;劉一町;鐘萬;張萍;何澤珍;何振華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川富驊新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/136
• 分類號(hào): H01M4/136;H01M4/13915;H01M4/58
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11371
• 代理人: 苗燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有使用電壓高，能量密度高，無記憶效應(yīng)，環(huán)保性好、性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，其在便攜式電子設(shè)備中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。最早用于商品化鋰離子電池的正極材料為L(zhǎng)iCoO₂，但由于Co自然資源匱乏、價(jià)格昂貴、對(duì)環(huán)境污染較大，且LiCoO₂不耐過充電，因?yàn)檫^充電將導(dǎo)致不可逆容量損失和極化電壓增大，同時(shí)伴隨安全性問題。因此，隨著價(jià)廉而性能優(yōu)異的正極材料研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)了能夠代替LiCoO₂的鋰離子電池正極材料。

LiNiO₂與LiCoO₂的性質(zhì)相近，兩者同屬R-3m空間群，且均具有α-NaFeO₂型層狀結(jié)構(gòu)，鎳的價(jià)格比鈷低，資源比鈷更豐富，實(shí)際比容量高，屬于環(huán)境友好型正極材料。但是，LiNiO₂存在熱穩(wěn)定性差、在充放電過程中易發(fā)生相變、Ni²⁺占據(jù)Li⁺的3a位置導(dǎo)致陽離子混排，從而造成材料的電化學(xué)性能急劇下降的不足。

錳酸鋰是一種極其廉價(jià)的正極材料，安全和環(huán)保性能也極好，但是該材料存在比容量和能量密度低，尤其是高溫下循環(huán)性能極差的不足。對(duì)于目前大力提倡和推廣的電動(dòng)車動(dòng)力電池，急需一種成本低、安全性好和壽命長(zhǎng)的正極材料。所以，一種兼具上述要求的高溫長(zhǎng)壽命錳酸鋰正極材料應(yīng)運(yùn)而生。但是，目前常規(guī)的錳酸鋰并不具備高溫下長(zhǎng)壽命的性能，這是一直以來制約該材料大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池正極材料，其能夠克服高溫下循環(huán)壽命短的缺點(diǎn)，提高鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其能夠克服傳統(tǒng)方法混合不均勻、難以控制化學(xué)計(jì)量比以及產(chǎn)物粒徑大、分布不均勻等缺點(diǎn)，使得所制備的鋰離子電池正極材料純度高、化學(xué)均勻性好、結(jié)晶品質(zhì)高、比容量高、顆粒大小適中且分布均勻、電化學(xué)性能優(yōu)良且制造成本較低。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提出一種鋰離子電池正極材料，其分子表達(dá)式為：LiMn_2-2x-2yCo_xAl_xTi_yMg_yO_2-zF_z，其中，x、y和z均大于0且小于或等于0.05。

本發(fā)明提出一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其包括以下步驟：按摩爾比為L(zhǎng)i：Mn：Co：Al：Ti：Mg：F＝(1.02～1.08)：(2-2x-2y)：x：x：y：y：z的比例制取干凝膠前驅(qū)體；

將干凝膠前驅(qū)體在空氣氣氛下450～650℃預(yù)燒5～10h，得到第二產(chǎn)物；

將第二產(chǎn)物在700～950℃高溫條件下恒溫?zé)Y(jié)10～24h，自然降溫后依次進(jìn)行磨細(xì)和過篩分級(jí)。

本發(fā)明實(shí)施例的鋰離子電池正極材料及其制備方法的有益效果是：通過采用溶膠凝膠法制備了鈷、鋁、鈦、鎂、氟分布均勻的前驅(qū)體，并采用高溫固相法對(duì)體相均勻摻雜的LiMn_2-2x-2yCo_xAl_xTi_yMg_yO_2-zF_z進(jìn)行了合成；定向摻雜少量的鈷、鋁、鈦、鎂和氟離子，得到的鋰離子電池正極材料LiMn_2-2x-2yCo_xAl_xTi_yMg_yO_2-zF_z，與傳統(tǒng)固相法合成的錳酸鋰(LiMn₂O₄)相比，極大的提高了材料的綜合電化學(xué)性能，尤其是高溫下的充放電長(zhǎng)循環(huán)壽命電化學(xué)性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。