[發明專利]正極材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010429878.2
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111682196B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 劉鵬程;唐興宇;張立鵬;張耀
• 申請（專利權）人: 欣旺達電動汽車電池有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 謝岳鵬

本發明涉及一種正極材料及其制備方法和鋰離子電池。一種正極材料的制備方法，包括步驟：將鎳鹽溶液、鈷鹽溶液及鋁鹽溶液混合，得到鎳鈷鋁鹽溶液；將鎳鈷鋁鹽溶液、氨水溶液和氫氧化鈉溶液進行共沉淀反應，得到鎳鈷鋁氫氧化物前驅體；配制金屬鹽溶液；在70℃～90℃的條件下，將鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與金屬鹽溶液混合，蒸干，得到改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體；將改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與鋰鹽進行預燒結，再進行二段燒結，得到正極材料，其中，正極材料的化學通式為Li_a(Ni_xCo_yAl_zTi_b)O₂，其中，x+y+z+b＝1，(x+y+z+b):a＝0.9:1～1.05:1，x0.7。上述正極材料的循環性能較好。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池中正極材料是其四大關鍵主材之一，鎳鈷鋁酸鋰正極材料由于具有高比容量、成本低等優點被廣泛關注，隨著鋰離子電池技術的發展特別是動力電池領域的進步，對正極材料各方面性能提出了更高的要求。目前鎳鈷鋁酸鋰正極材料主要采用連續法工藝生產鎳鈷鋁氫氧化物前驅體，然后將鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與鋰鹽燒結而成，但制得鎳鈷鋁酸鋰正極材料存在循環性能差的問題。

發明內容

基于此，有必要提供一種制備循環性能較好的正極材料的方法。

一種正極材料的制備方法，包括步驟：

將鎳鹽溶液、鈷鹽溶液及鋁鹽溶液混合，得到鎳鈷鋁鹽溶液，其中，鎳、鈷及鋁的摩爾比為0.815:0.015:0.035～0.915:0.15:0.05，鎳鈷鋁鹽溶液的總濃度0.5mol/L；

將所述鎳鈷鋁鹽溶液、氨水溶液和氫氧化鈉溶液進行共沉淀反應，得到鎳鈷鋁氫氧化物前驅體；

配制金屬鹽溶液，其中，所述金屬鹽溶液選自鋁鹽溶液和鈦鹽溶液中的至少一種，所述金屬鹽溶液的質量百分濃度為0.5％～1.5％；

在70℃～90℃的條件下，將所述鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與所述金屬鹽溶液混合，蒸干，得到改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體；

將所述改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與鋰鹽進行預燒結，再進行二段燒結，得到正極材料，其中，所述正極材料的化學通式為Li_a(Ni_xCo_yAl_zTi_b)O₂，其中，x+y+z+b＝1，(x+y+z+b):a＝0.9:1～1.05:1，x0.7。

傳統的鎳鈷鋁酸鋰氫氧化物前驅體主要采用連續法工藝生產，粒度分布區間大，導致在長期循環過程中鎳鈷鋁酸鋰正極材料中大顆粒與小顆粒的失效時間不一致，降低正極材料的循環性能。上述正極材料采用間歇法生產鎳鈷鋁前驅體，得到粒度高度均一的鎳鈷鋁酸鋰氫氧化物前驅體，提高了鎳鈷鋁酸鋰在長期循環中的穩定性；同時，使用鈦和鋁的有機鹽改性氫氧化鎳鈷鋁，通過水解控制鈦和鋁均勻的水解包覆在鎳鈷鋁前驅體氫氧化鎳鈷鋁前驅體上，后續與鋰鹽進行焙燒制備鎳鈷鋁酸鋰，可以增加鋁和鈦的摻雜深度，增加鎳鈷鋁酸鋰材料中的空位濃度，從而提高鎳鈷鋁酸鋰正極材料的長期循環性能。因此，上述正極材料的循環性能較好。

在其中一個實施例中，在將所述改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與鋰鹽進行預燒結的步驟中，所述改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體于所述鋰鹽的摩爾比為1.05:1～1.15:1。

在其中一個實施例中，將所述改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與鋰鹽進行預燒結，再進行二段燒結的步驟具體為：將所述改性鎳鈷鋁氫氧化物前驅體與鋰鹽以1℃/min～5℃/min的升溫速度升溫到400℃-450℃，保溫2h～5h進行預燒結，然后以1℃/min～5℃/min的升溫速度升溫到700℃～800℃，保溫8h～12h進行二段燒結。