[發明專利]一種四元鋰離子電池正極材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810144620.0
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108288711A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 李峻峰;劉磊;李平;肖逸菲;張志濤;張力;張佩聰;岳波;賴雪飛
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

本發明公開了一種四元鋰離子電池正極材料及制備方法，所述四元鋰離子電池材料的分子式為LiNi_0.6Co_0.1Mn_0.1Fe_0.1O₂。電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：稱取可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性錳鹽、可溶性鐵鹽，并同時加入去離子水中進行溶解配制成混合溶液；將沉淀劑加入到去離子水中進行溶解配制成沉淀劑溶液；將混合溶液滴加入到沉淀劑溶液中進行攪拌混合、共沉淀反應、抽濾、洗滌、干燥得到前驅體，靜置老化；將鎳鈷錳鐵四元材料前驅體與鋰源混合均勻，經預燒?研磨?二次燒結得到鎳鈷錳鐵四元正極材料。本發明通過向三元材料中引入第四元素鐵，由于引入離子半徑及電負性與被替元素接近，引入過后不會破壞，并且還能穩定其層狀結構從而提高其循環穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種四元鋰離子電池正極材料及制備方法。

背景技術

隨著傳統化石能源的不斷消耗以及壞境問題的不斷突出，迫切需要解決限制新能源汽車的關鍵問題—電池的安全性與能量密度。自從20世紀80年代，層狀鈷酸鋰(LiCoO₂)成為鋰離子電池正極材料以來，學者們又相繼提出層狀鎳酸鋰(LiNiO₂)、錳酸鋰(LiMn₂O₄)以及橄欖石型磷酸鐵鋰(LiFePO₄)等正極材料。但是隨著這些正極材料的應用，又表現出諸多不足：如LiCoO₂雖然性能穩定但成本較高，且鈷元素有環境污染風險；LiFePO₄雖然循環性能和安全性較優，但其平臺電壓較低、比容量不高且導電性較差；LiMn₂O₄雖然價格低廉，但循環穩定性能較差；LiNiO₂雖然比容量較高，但循環穩定性也較差。研究者們在致力于對上述材料改性的過程中，開發出鎳鈷錳三元鋰離子電池正極材料。而富鎳型的鎳鈷錳三元材料是近年來三元正極材料的熱點，由于高的鎳含量可以增加材料的克容量，較少的鈷占比可使材料成本降低，少量的錳在充放電循環時起到支撐結構的作用，因此成為未來動力電池、大型電池、儲能電池的主流材料之一，但是，高鎳三元材料合成條件復雜且難以控制，鎳占位易發生混排是電池循環穩定性降低，以及高鎳電池安全穩定性還有待解決。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的高鎳三元鋰離子電池成本較高、穩定性較差且安全穩定性還有待進一步提高，本發明提供了解決上述問題的一種四元鋰離子電池正極材料及制備方法。

本發明通過下述技術方案實現：

一種四元鋰離子電池正極材料，所述四元鋰離子電池材料的分子式為LiNi_0.6Co_0.1Mn_0.1Fe_0.1O₂。

優選地，所述四元鋰離子電池由可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性錳鹽以及可溶性鐵鹽經共沉淀形成的前驅體熱處理獲得。

優選地，所述可溶性鎳鹽為硫酸鎳、乙酸鎳、硝酸鎳中的至少一種；所述可溶性鈷鹽為硫酸鈷、乙酸鈷、硝酸鈷中的至少一種；所述可溶性錳鹽為硫酸錳、乙酸錳、硝酸錳中的至少一種；所述可溶性鐵鹽為硫酸鐵、硝酸鐵中的至少一種；所述鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰或硝酸鋰。

上述一種四元鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按照各元素摩爾比例Ni:Co:Mn:Fe＝0.6:0.1:0.2:0.1計算并稱取可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性錳鹽、可溶性鐵鹽，并同時加入去離子水中進行溶解配制成0.6～1mol/L的混合溶液；

步驟2，將沉淀劑加入到去離子水中進行溶解配制成0.6～1mol/L的沉淀劑溶液；