[发明专利]一种正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种正极材料的制备方法。

背景技术

为了改善正极材料的各项性能，研究发现通过掺杂其它金属离子可以改善正极材料的晶形结构，从而改变正极材料的某些性质。有报道指出，掺杂铝可以降低正极材料的阻抗，阻止正极材料结构的蜕变，提高正极材料的放电比容量；并且还可以提高正极材料的高温性能以及寿命。例如铝掺杂正极材料NCA材料(锂-镍-钴-铝二氧化物)是继锂钴氧与NCM之后，已经作为商业使用的正极材料。其无高温缺陷，表现为高温(55℃)容量发挥好和高温(55℃)循环好；其还具有超长循环寿命，在充放电制度为4.0～2.75V情况下，1000次循环后容量保持超过80％。

目前，现有技术中掺铝正极材料的制备方法一般为：正极材料前驱体(正极材料对应的氢氧化物)，再按照化学剂量比加入LiOH、Al₂O₃球磨，然后烧结得到掺铝正极材料。但是这种方法由于采用干式球磨，铝不能够均匀地掺杂到制备的正极材料中。

后来有文献报道：在球磨时加入无水乙醇作为溶剂湿法球磨，湿法球磨可以改善铝的均匀掺杂。但是制备出正极材料仍然比容量低，循环性能差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中掺铝正极材料的制备方法，制备出的正极材料比容量低、循环性能差。从而提供了一种比容量高、循环性能好的正极材料的制备方法。

一种正极材料的制备方法，将正极材料前驱体、锂源、Al₂O₃和溶剂加入到球磨机中，在氧气气氛下球磨；然后将球磨后的产物烧结；其中，所述正极材料前驱体的通式为M(OH)₂，M选自Ni、Co和Mn中的一种或几种；所述溶剂包括全氟溶剂。

本发明所提供的正极材料的制备方法，制备的正极材料比容量高、循环性能好。并且该方法环保安全，简单易操作。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的正极材料扫描电镜(SEM)图。

具体实施方式

一种正极材料的制备方法，将正极材料前驱体、锂源、Al₂O₃和溶剂加入到球磨机中，在氧气气氛下球磨；然后将球磨后的产物烧结；其中，所述正极材料前驱体的通式为M(OH)₂，M选自Ni、Co和Mn中的一种或几种；所述溶剂包括全氟溶剂。

其中，正极材料前驱体可以通过自己制备来得到，也可以通过商购得到。自己制备优选共沉淀法。

本发明中正极材料前驱体的D₅₀优选为8～15μm。

锂源亦为本领域技术人员所公知的，例如氢氧化锂，氧化锂，碳酸锂等。本发明优选氢氧化锂。

本发明所采用的Al₂O₃的平均粒径优选为50～5000nm，更优选100～500nm。

全氟溶剂为本领域技术人员所公知的，一般为碳原子上的氢原子全部被氟原子取代的烷烃、醚和胺。例如全氟环醚、全氟三乙胺、全氟煤油、全氟双吡啶、全氟2-丁基四氢呋喃、全氟甲基环己烷、全氟甲苯、全氟己烷，全氟庚烷等。

本发明优选全氟双吡啶、全氟己烷和全氟庚烷中一种或几种。

全氟溶剂和正极材料前驱体的摩尔比优选为1∶10～1∶100，更优选为1∶80。

本发明溶剂还包括无水乙醇。由于全氟溶剂的价格较贵，而球磨时使用的溶剂的量较多，才能保持较好的球磨效果。本发明可以通过无水乙醇的加入，来减少全氟溶剂的用量。

本发明中，正极材料前驱体：Al₂O₃的摩尔比例优选为1∶0.025～1∶0.05。

本发明的球磨是在氧气气氛下进行的，优选氧分压为0.12～0.2MPa。这样更有利于氧气的溶解。

本发明优选球磨的操作如下：在滚筒球磨机中采用不同粒径的磨球球磨：大球的直径为2～4cm，中球的直径为1～1.9cm，小球的直径为0.1～0.5cm，其中三种磨球的质量比为大球∶中球∶小球＝1∶3∶2。球磨时，正极材料前驱体与磨球的质量比为1∶0.5～1∶2。球磨的转速优选为20～50rad/s，球磨时间优选2～5h。

将球磨后的产物送入烧结炉中烧结。

本发明优选在球磨之后烧结之前，还包括将球磨之后的产物在80～120℃干燥1～2h。

烧结操作亦为本领域技术人员所公知的操作。

本发明优选采用多段恒温烧结。即先在480～520℃恒温烧结3～4h，后在760～800℃恒温烧结14～18h。