[发明专利]一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种高性能锂离子电池三元正极材料以及该材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池(Lithium Ion Battery，简称LIB) 是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池。作为一种新型的化学电源，它具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点，能够满足人们对便携式电器所需要的电池小型轻量化和有利于环保的双重要求，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、摄放一体机等小型电子装置，也是未来电动交通工具使用的理想电源。

目前，作为锂离子电池重要组成部分之一正极材料，LiCoO₂作为最早商品化的正极材料仍然应用最广，LiCoO₂压实高、循环性能好、生产技术成熟、产品稳定，但其实际容量不高，钴有毒，钴资源匮乏，价格昂贵，所以近年来都在寻找替代LiCoO₂的正极材料；LiNiO₂容量高，但是其安全性存在问题并且合成条件苛刻，难于实现工业化；LiMn₂O₄安全性能好，价格便宜，但比容量低，压实密度小，高温循环性能差等导致其很难大规模应用。而三元正极材料：Li↓[1+z]Ni↓[x]Co↓[y]Mn↓[1-x-y]O↓[2]综合了LiCoO₂良好的循环性能，LiNiO₂的高比容量，LiMn₂O₄的高安全性能及低成本优势，是具有Ni、Co、Mn三种元素协同效应的高性能锂离子电池正极材料，具有结构稳定、比容量高、电压平台适中、高温性能好，循环好、成本低、制备条件温和、易于实现工业化，目前正逐步取代LiCoO₂。

目前三元材料主要制备方法采用共沉淀法：1）制备Ni、Co、Mn复合氢氧化物前躯体，2）将前躯体配锂盐烧结。共沉淀法虽然在一定程度上提高了离子的均匀分布，但是也存在一些缺陷：共沉淀制备方法成本高，工艺复杂，过程控制难，生产过程中产生大量废水、废气、对环境污染很大，制备的材料振实密度偏小。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术存在的缺陷，公开了一种高性能锂离子电池三元正极材料的制备方法，该方法工艺简单、生产易于控制、成本低，制得的产品具有比容量高、振实密度高、循环性能好、高温性能好、安全性能好的特性。

本发明可以采取以下技术方案来实施：一种高性能锂离子电池三元正极材料及其制备方法，其特征在于该材料具有α-NaFeO₂层状结构，其化学成分为：Li↓[1+z]Ni↓[x]Co↓[y]Mn↓[1-x-y]O↓[2]其中0≤z≤0.2，0.5≤x≤0.8，0.1≤y≤0.2。

其制备方法包括以下步骤：

（1）将镍、钴、锰的氧化物用气流粉碎机超细粉碎；

（2）将步骤（1）中粉碎好的镍、钴、锰的氧化物粉末与锂盐粉末按计量比与一定质量的锆球一起加入球磨机，球磨融合；

（3）将上述混合物装入刚玉坩埚，在空气气氛下，按1-2℃/分钟的速度升温到700-1000℃，保温6-24小时，再以1-2℃/分钟的速度降至室温。粉碎、过筛，筛的目数为150-300目；

（4）将步骤（3）中的筛下物与去离子水按质量比1：1~1：4的比例，在超声波的作用下搅拌1小时，过滤，烘干；

（5）将上述烘干后的物料装入刚玉坩埚，在空气气氛下，按1-2℃/分钟的速度升温到400-600℃，保温3-8小时，再以1-2℃/分钟的速度降至室温。经粉碎，分级、过筛，筛的目数为150-300目，得到高性能锂离子电池三元正极材料。

所述步骤1中所述的镍的氧化物为NiO、Ni₂O₃，所述钴的氧化物为CoO、Co₂O₃或Co₃O₄，所述的锰的氧化物为MnO、MnO₂或Mn₂O₃，粉碎后的镍、钴、锰的氧化物粒径D50为：0.5~3微米。

所述步骤（2）中所述的锂盐为碳酸锂或者氢氧化锂，粒径D50为1~3微米。

所述步骤（2）中球磨过程中，球料比为1：1~4：1，球磨转速为400~1000r/min，球磨时间为5~15小时。

所述步骤（3）和步骤5中的烧结设备为气氛箱式炉、推板隧道窑炉、管式炉或回转窑炉。