[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

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，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着锂离子电池在便携式电子产品、电动汽车和即插式混合电动车中的广泛应用，对锂离子电池正极材料(如LiCoO₂，LiMn₂O₄，LiFePO₄)和负极材料(如C，Sn，Si)的研究日益深入。相对于负极材料，正极材料的研究相对滞后，因此，开发性能优异、价格低廉的正极材料成为发展锂离子电池的关键所在。LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn等)层状材料因其层状结构利于Li⁺快速嵌入/脱出，并且具有较高的理论容量(270mAh/g左右)，而受到研究者们的关注。其中LiCoO₂已取得商业上的巨大成功。目前，三种常用的单组份层状氧化物正极材料均具有自己的优缺点：LiCoO₂的电化学稳定性好，循环性能优秀，但是不能充电至高电位且价格较高；LiNiO₂比容量最高，但合成困难，并存在较大的安全隐患；LiMnO₂热稳定性良好且价格便宜，但是充放电过程中的明显相变导致其循环稳定性很差。这些均使它们在实际应用中受到一些限制。所以自1999年开始，有学者开始考虑制备混合这三种过渡金属的层状正极材料，希望能够充分发挥它们各自的优点，全方面的提高正极材料的性能。实践证明层状结构LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂材料综合了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂三种层状材料的优点，其性能优于以上任一单一组分正极材料，存在明显的三元协同效应：通过引入Co，能够减少阳离子混排，有效稳定材料的层状结构；通过引入Ni，可提高材料的容量；通过引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性。而LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂材料基本物性及充放电平台与LiCoO₂相近，适合现有各类锂离子电池应用产品。因此，锂镍锰钴氧被认为是极有应用潜力的新型锂离子电池正极材料。

目前已报道的锂离子电池正极材料的制备过程多以共沉淀法为主，该方法在制备前体的过程中需经历沉淀、洗涤等诸多步骤，对溶剂消耗量较大，并导致所生产的前体重复性差，产品中Co、Mn、Ni的比例难以严格调控。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

本发明提供的锂离子电池正极材料为LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为10nm-2μm；其中，0.1≤x≤0.9，0.1≤y≤0.9且x+y≤0.9。

上述锂离子电池正极材料中，所述纳米颗粒的粒径可为10nm-500nm、20nm-700nm、40nm-700nm、20nm-600nm、80nm-900nm、50nm-800nm、40nm-600nm、30nm-500nm或40nm-800nm。

上述锂离子电池正极材料中，x具体可为0.1、0.2、0.33、0.4、0.5、0.6或0.8；y具体可为0.1、0.2、0.3、0.33、0.4、0.6或0.8。

本发明提供了上述正极材料的制备方法，包括如下步骤：锂盐、镍盐、钴盐、锰盐和成胶剂在水中进行反应得到溶胶；将所述溶胶进行烘干得到前体粉末；所述前体粉末依次经预烧结和烧结后得到所述正极材料。

上述的制备方法中，所述锂盐可为LiNO₃、LiNO₂、Li(CH₃COO)、Li₂CO₃和其他锂的有机盐中任一种。

上述的制备方法中，所述镍盐可为Ni(NO₃)₂、Ni(CH₃COO)₂和其他镍的有机盐中任一种。

上述的制备方法中，所述锰盐可为Mn(NO₃)₂、Mn(CH₃COO)₂和其他锰的有机盐中任一种。