[发明专利]用于锂离子二次电池的正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，特别涉及一种锂离子二次电池的正极材料及其制备方法、锂离子二次电池正极和锂离子二次电池。

背景技术

二次电池，又称为充电电池，是在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。相对于干电池，二次电池的循环充电电次数可达数千至数万次，是一种新型的环保电池。二次电池在新能源汽车、风电储能和太阳能储能等新兴领域拥有巨大发展前景。

目前市场上的二次电池主要包括铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池和锂离子电池。铅酸电池价格便宜但含有污染环境的重金属铅，镉镍电池较为环保但能量密度较低，镍氢电池能量密度较高但具有轻度的记忆效应，高温环境下充放电效率差。相对于铅酸电池、镉镍电池和镍氢电池，锂离子电池具有较高的比能量，放电曲线平衡，自放电率低，循环寿命较长，无记忆效应，对环境无污染，是近些年来发展起来的绿色电池。

锂离子二次电池包括正极、负极、设置在正极与负极之间的隔膜和电解液。其中，正极包括基体和涂覆在该基体上的涂覆材料，其中涂覆材料包括正极材料(正极活性物质)、导电材料和粘结剂。正极材料是锂离子二次电池的关键原材料，由于正极材料在锂离子二次电池中占有较大的重量比，因此正极材料性能决定了电池的体型、安全性和电学性能。

目前锂离子二次电池使用的正极材料主要包括：钴酸锂、锰酸锂、磷酸锂盐体系。其中，钴酸锂价格高、安全性能较差，无法用于大型电源中；尖晶石锰酸锂和磷酸盐体系虽然安全性高，价格低廉，但均能量密度低，循环性能和高温性能也较差，并且以尖晶石锰酸锂碳为正极材料以碳负极时锰溶解问题突出，磷酸盐体系材料本体的电子导电性差，制备工艺较为复杂。最近一种锰镍钴高容量固溶体材料受到了广泛的关注，此种材料中锰的含量占50％以上，因此价格相对于钴酸锂价格要便宜很多，此外，该材料还具有能量密度大，功率密度高等特点，因此备受关注。但是此种材料压实密度低，循环特性也有待提高，由此也影响了由此材料制备的锂离子二次电池的使用寿命和电容量。

因此，需要提供一种循环特性好且压实密度高的正极材料。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种正极材料，其具有较好的循环特性且压实密度高。

有鉴于此，本发明提供一种正极材料，其具有球形核壳结构；

所述球形核壳结构的核材料由通式(I)表示：

Li_1+xMn_yNi_zCo_1-x-y-zO₂

(I)

通式(I)中，0＜x＜0.3，0.5＜y＜0.8，0＜z＜0.3；

所述球形核壳结构的壳材料为LiNi_0.5Mn_0.5O₂。

优选的，所述正极材料中核材料和壳材料的摩尔比为3～5∶1。

本发明还提供一种上述正极材料的制备方法，包括：

a)、采用共沉淀法，以水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐为反应原料，以碳酸盐为沉淀剂，设置反应温度为40℃～50℃，调节反应溶液的pH值为11.9～12.1，反应后得到含有核材料前驱体的悬浊液；

b)、向所述悬浊液中加入摩尔比为1∶1的水溶性镍盐和水溶性锰盐的混合溶液，采用共沉淀法，以所述水溶性镍盐和水溶性锰盐为反应原料，以碳酸盐为沉淀剂，反应后得到第一核壳材料前驱体；

c)、将所述第一核壳材料前驱体进行煅烧，得到第二核壳材料前驱体；

d)、将所述第二核壳材料前驱体与锂盐混合后进行煅烧，得到正极材料。

优选的，所述沉淀剂为Na₂CO₃。

优选的，步骤a中使用NaOH调节反应溶液的pH值为11.9～12.1。

优选的，步骤a的反应温度为44℃～46℃。

优选的，步骤a的中调节反应溶液的pH值为12。

优选的，步骤c的煅烧温度为450℃～550℃，步骤d的煅烧温度为730℃～760℃。

本发明还提供一种锂离子二次电池正极，包括基体和置于基体表面的涂覆材料，所述涂覆材料包括：权利要求1所述的正极材料、导电材料和粘接剂。

本发明还提供一种锂离子二次电池，包括：上述锂离子二次电池正极、负极、设置在正极和负极之间的隔膜和电解液。