[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法及电池。

背景技术

锂离子二次电池具有能量密度高，工作电压高，寿命长，无记忆性，毒性小等优点，而被广泛应用与当前的便携式电子设备中去。目前，随着各种高能耗小型电子产品，例如手机、笔记本电脑的推广和普及，市场对高容量锂离子二次电池提出了迫切需求。锂电池的能量瓶颈在于正极材料的体积能量密度。以LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂为代表的球型镍酸锂及其衍生物具有优异的流动性、分散性、振实密度高，有利于制作电池浆料和电池电极片的涂覆，同时材料本身的放电比容量比当前应用最广的LiCoO₂高出大约25％，因此LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂类材料为较具商业化前途的高容量锂离子电池正极材料。

锂镍复合氧化物虽然不存在锂锰复合氧化物的缺点，但具有和LiCoO₂相同晶体结构的LiNiO₂，性能要比LiCoO₂差。因为Ni³⁺离子和Co³⁺离子相比，Ni³⁺离子易还原成Ni²⁺离子，而Ni²⁺离子和Li⁺离子的大小差不多(rNi²⁺＝8.7nm，rLi⁺＝9.0nm)，Ni²⁺离子和Li⁺离子彼此易于互相取代，形成没有电化学活性的“岩盐磁畴”，导致电池容量降低。

由于高温下Ni²⁺离子很难氧化成Ni³⁺，合成得到的镍酸锂及其衍生物的Ni-O层中常常残存部分Ni²⁺，为了保持电荷平衡，会有部分Ni²⁺离子取代Li-O层中的Li⁺，造成所谓的阳离子混排现象，破坏材料的六方层状特征，造成材料装配成电池后前几次循环不可逆容量高。为了使高温下Ni²⁺能尽量转化为Ni³⁺，LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂材料烧结气氛通常为氧气，进一步的为了保证氧气能够充分扩散到原料内部，烧结过程中，对原料的模压厚度，堆积厚度及孔隙率有一定要求，以增加原料与氧气的接触面积，消除局部氧气不足的不利影响。

CN1538542A公开了一种在氧气氛围下合成Li_aNi_1-b-cCo_bM_cO₂的方法，提到为了保证烧结过程中Ni²⁺能充分氧化，原料块的厚度不能高于5cm，由于原料块比较薄，造成松散堆放，产能低的缺点。虽然在二次焙烧后淬火，以提高产物的结晶度，最后制得的产物并存在部分材料结块的现象、产能较低。

CN1500732A中公开了一种锂过渡金属复合氧化物的制备方法，包括如下步骤：①配制含有以钴、镍、锰混合离子的A溶液与含有CO₃^2-离子的B溶液；②A溶液与B溶液混合，反应得到化学式为Ni_1-x-yCO_XMn_yCO₃的前躯体；③取Li₂CO₃与Ni_1-x-yCO_XMn_yCO₃混合均匀后，在空气中以500-800℃高温锻烧2-20小时；④冷却、粉碎上述煅烧物料；⑤再将粉碎的煅烧物料在空气中以700-950℃高温煅烧2-30小时；⑥冷却、球磨、筛分即可得到化学式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂的锂过渡金属复合氧化物；然在第一次煅烧物料煅粉碎后进行二次煅烧，最后制得的产物仍存在部分材料结块、且材料的放电比容量较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术当中制备的锂镍复合氧化物材料结块、产能低、材料的放电比容量较低的缺点。