[发明专利]球形层状氧化镍钴锰锂锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种球形层状氧化镍钴锰锂锂离子电池正极材料。

背景技术

钴酸锂由于具有能量密度和压实密度高的特点，始终是锂离子电池的主流正极材料，经过约30年的发展，钴酸锂性能的开发几近极限。在高能量密度新材料异军突起的今天，钴酸锂的能量密度已难以满足目前3C产品能量密度的需求；从压实密度方面，钴酸锂具有很好的电极加工性能，形貌控制已经趋于完美，目前它的压实密度也达到了其本身的极限，几乎不可能有再度提升的空间，并且钴酸锂还存在安全性与耐过充性不理想，以及对于稀缺钴资源的依赖性，循环性能相对较差等缺陷。目前开发出的LiNiO₂和NCA以及高镍三元材料的能量密度虽然比起钴酸锂都有不同的优势，但由于工艺不成熟等一系列原因，使得钴酸锂在锂离子电池正极材料领域仍然占有主流地位。

为解决钴酸锂耐过充性差、安全性差以及对过多贵金属钴的依赖而导致材料成本偏高等的问题，人们研制出了氢氧化物共沉淀法制备的三元材料Li_ZNi_xCo_yMn_1-X-YO₂，该材料具有比容量高、循环性能好、安全性好，价格低廉等优势。但该材料小颗粒的二次团聚体在辊压时很容易发生破碎，即使把团聚体的一次颗粒做大也很难保证材料在高压实下保持不破裂，颗粒破裂必然导致活性材料与粘结剂导电剂的接触不紧密，进而引起极化，使电极性能变差，因此该材料不适合单独使用。目前多数电池制造商将该三元材料和钴酸锂混合使用，由于有一次大颗粒的单晶钴酸锂为三元材料提供支撑，所以保证了混合正极材料良好的电极加工性能，混合正极材料的压实密度稍低于钴酸锂的压实密度，能量密度稍高于钴酸锂，但该混合正极材料依然存在多次烧结、工艺复杂、能耗高、混合粉体匹配性差等问题。

经检索发现，申请号为200910110132.9、公开号为CN101707252A、名称为“多晶钴镍锰三元正极材料及其制备方法、二次锂离子电池”的中国发明专利，通过高温融合制取多晶钴镍锰三元正极材料，将不同的正极材料生长成为一个整体，组合了混合材料的优势，表现出良好的电化学性能，压实密度可以达到3.9g/cm³以上，单片极片能量密度大于570mAh/cm³(极片能量密度mAh/cm³＝初始放电容量mAh/g x压实密度g/cm³)；但是这种材料依然没有摆脱和钴酸锂混烧的技术状态，材料的安全性没有改善，虽然和钴酸锂约570mAh/cm³单位能量密度相当，但由于多次烧结和混合，以及较多钴的使用，又削弱了其技术优势。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供工艺简单，制作成本低廉，不仅压实密度高，而且能量密度高，单片极片能量密度大于600mAh/cm³，比表面积小于0.25m²/g，同时非常适合规模化生产的球形层状氧化镍钴锰锂锂离子电池正极材料。

本发明为解决背景技术中存在的技术问题所采用的技术方案是：

球形层状氧化镍钴锰锂锂离子电池正极材料，包括Li_ZNi_xCo_yMn_1-X-YO₂，其特点是：所述Li_ZNi_xCo_yMn_1-X-YO₂为致密小颗粒球形LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料和致密大颗粒球形LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料按照质量比1:5、1:10、3:10或1:1复配而成；

所述致密小颗粒球形Li_ZNi_xCo_yMn_1-X-YO₂经下列过程配制而成：

⑴配制溶液

称取复合化学计量比为1:1:1的硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰，配制成镍钴锰硫酸盐混合溶液，记为溶液a；以氢氧化钠为沉淀剂，氨水为络合剂，按照0.37的氨碱摩尔比值混合沉淀剂溶液和络合剂溶液，记为溶液b；

⑵两种溶液的反应过程