[发明专利]一种层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料领域。

背景技术

锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等优点。目前已广泛应用于便携式移动工具、数码产品、人造卫星、航空航天等领域，在电动自行车和汽车等领域也具有非常广阔的前景。

目前市场上最有潜力的锂电池正极材料主要有锂钴氧、锂镍氧及锂锰氧三种。其中，锂钴氧是主流材料，但钴毒性较大，钴资源稀缺，价格昂贵，且其过充安全性能较差；锂镍氧由于合成条件苛刻，很难制备出一定化学计量比的产物；层状的锂锰氧虽然具有200mAh/g以上的比容量，但是结构稳定性差，而尖晶石型的锂锰氧比容量低，且高温下的结构稳定性有待加强。上述缺点限制了这些材料的进一步应用。因此寻找性价比更好的新材料成为研究的重点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种成本低廉、过充安全性能好、工艺条件简单、比容量高并且高温下结构稳定性强的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料，所述前驱体为LiNiaMnbCocO₄，其中0.4≤a≤0.6，0.2≤b≤0.4，0.1≤c≤0.3，且a+b+c＝1。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料，所述LiNiaMnbCocO₄的振实密度为2.5-2.8g/cm³。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料，所述复合氧化物平均粒度为8-15μm；比表面积0.3-0.6m²/g；PH≤11.0；Fe含量40-60ppm，Cu含量小于10ppm，其他杂质均小于5ppm。

一种层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、首先按一定的比例称锰盐，镍盐，钴盐，其中Ni∶Mn∶Co摩尔比＝5∶3∶2；

(2)、将步骤(1)中称取的三种物质配制成浓度为1mol/L的混合溶液；

(3)、在惰性气体的气氛下，伴随强搅拌，将混合溶液、浓度为4.5-5.51mol/L的氨水溶液和浓度为0.8-1.21mol/L氢氧化钠溶液同时加入反应釜，控制混合溶液进入反应釜的流速为120毫升/小时；反应温度设定在45-55℃，PH控制在11.18-11.22；

(4)、共沉淀连同母液在溢出口连续溢出，经过过滤、洗涤和干燥工序最后得到球形Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)₂前驱体；

(5)、将步骤(4)制得的前驱体与锂盐按一定摩尔比Li∶(Ni+Mn+Co)＝1.05∶1用混料机混合2小时；

(6)、然后将混合物放进氧化铝坩锅内置于箱式高温炉内，在空气气氛下烧结，升温速率10℃/min，经两段恒温烧结，第一段恒温烧结：在600℃下恒温烧结6小时，第二次恒温烧结：在700-1000℃下恒温烧结15小时，冷却后，经过破碎过筛得到层状的LiNi0.5Mn0.3Co0.2O₄正极材料。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料的制备方法，所述镍盐为硫酸镍或硝酸镍。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料的制备方法，所述的锰盐为硫酸锰或硝酸锰。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料的制备方法，所述的钴盐为硫酸钴或硝酸钴。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料的制备方法，所述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料的制备方法，所述合成球形Ni0.5Co0.3Mn0.2(OH)2前驱体的过程中，控制反应器内反应液的温度为50℃，控制反应器内反应液的PH值为11.20。

上述的层状锂镍锰钴氧复合氧化物正极材料的制备方法，所述惰性气体为氩气、氦气、氮气中的一种或几种混合气体。