[发明专利]一种高电压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，特别涉及一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法，属于电池技术领域。

背景技术

当前，人类正面临着资源估计和生存环境恶化的双重挑战。为此，世界各国正在努力研发新材料，推进低碳生活的新理念，促进人类社会由目前的高能耗、高消耗生活生产方式转向节能型、可循环的可持续发展方式。具体为大力推广清洁能源的应用，如太阳能、风能在发电领域的应用，以及使用混合动力汽车或纯电动汽车代替目前使用汽油的传统汽车。

清洁能源和新型汽的应用均离不开中大型储能电池和动力电池。在众多储能电池和动力电池中，锂离子二次电池由于具有较高的能量密度和较长的使用寿命，已经逐渐取代传统的镍氢／镍镉二次电池，其在新能源汽车、风电储能和太阳能储能等新兴领域拥有巨大发展前景。

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，涂覆材料包括正极材料(正极活性物质)、导电材料和粘结剂。其中，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。

LiNi_0.5Mn_1.5O₄是基于尖晶石型LiMn₂O₄材料发展起来的锂离子二次电池用高电压正极材料。该材料具有4.7V(相对于Li金属负极)放电电压，是能量密度最高的锂离子正极材料之一。由于制备该材料的原料资源丰富、价格便宜等诸多优点，LiNi_0.5Mn_1.5O₄是纯电动和混合电动汽车用动力锂离子电池的最具前景的正极材料之一。在合成尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料时，首先需要对原材料进行相应的处理。目前对原材料的处理方法主要分为液相法和固相法两类，因此，相对应地将合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的方法称为固相合成和液相合成。一般情况下，液相法能够实现原料在分子水平的均匀混合，合成温度低，材料的电化学性能较好。在最常用的碳酸盐和氢氧根共沉淀法中，为了得到形貌规则(如球形)的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，往往选用铵盐作为沉淀剂，如氨水、碳酸铵或碳酸氢铵等。然而溶解于溶液中的氨分子极易与部分金属离子络合，从而造成金属离子的损失，导致合成的材料中含有大量杂相，这也是目前铵盐共沉淀法面临的最重要问题之一。

发明内容

本发明针对上述传统共沉淀法中存在的镍损失严重问题，目的在于提供一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供一种高电压锂离子电池正极材料，所述正极材料由通式LiNi_0.5-xMn_1.5-yM_x+yO₄ 表示，该通式中，M为其它过渡族金属元素，0≤x≤0.1， 0≤y≤0.1。

进一步地，其中所述通式中，M为Ti、Zn、Cr、Fe、Zr、Co、Mg、Cu或Ru中的一种或多种。

进一步地，其中所述锂离子电池正极材料为形貌规则、颗粒均匀的球形，具有单一相尖晶石结构。

本发明还提供上述高电压锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1) 将可溶性锰化合物、镍化合物以及其它过渡族金属化合物按照化学计量比称取，并配制成水溶液A；

2)将上述配制的水溶液A在水浴中加热到50-90℃，并用溶液X调节水溶液A的pH值为5-9；

3) 配制草酸铵溶液B；

4) 保持水溶液A恒温在50-90℃并于300-400转/分钟下匀速搅拌，同时缓慢向水溶液A中滴加上述草酸铵溶液B，至出现浑浊时快速加入草酸铵溶液B；至沉淀完成后，补加5-20%(过量)按化学计量比计的草酸铵溶液以确保沉淀完全；

5) 将步骤4)所得溶液于50-90℃、300-400转/分钟下恒温、匀速搅拌0.5-2小时，确保沉淀完成和沉淀结晶；

6) 将步骤5)所得溶液自然冷却至室温，过滤得沉淀物C；