[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

本发明属于锂离子电池LIB技术领域，涉及到一种锂离子电池正极材料以及其制备方法。

技术背景

目前商业使用的LiCoO₂是应用最成功的锂离子电池正极材料。但是由于其价格高，有毒性，实际放电容量低（约为理论容量的一半）等问题，制约着其进一步在动力电池方面的应用。因此寻找低价，可逆容量大，放电电压高，结构稳定，环境友好的新型正极材料是未来锂离子电池研究的重点。目前除了LiCoO₂的深入研究，其他研究较多的正极材料有尖晶石结构LiMn₂O₄，聚阴离子型LiFePO₄以及三元正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，它们都具有各自的优缺点。尖晶石结构LiMn₂O₄：具有三维结构的锂离子脱嵌通道，较高的放电电压，价格低廉环境友好等特点，但是可逆容量较低，仅有110mAh/g，并且高温下发生Jahn-Teller效应导致锰结构的变化，阻碍了其在商业方面的应用。橄榄石型聚阴离子LiFePO₄：是近几年来最热门的动力电池正极材料，其理论容量达到170mAh/g，结构稳定，并且磷酸盐，铁盐价格都比较便宜，是理想的动力电池的正极材料。但是由于其实际放电容量在140mAh/g，电子导电率低等因素使得越来越多的人认识到它在商业应用上的局限性。

LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂具备了Ni，Co和Mn各自的优缺点，该材料具有电化学性能结构稳定，放电比容量高等优点。但是也存在了阳离子混排，振实密度低，循环稳定性不够好等缺点。因此该材料一直未能在实际应用中代替LiCoO₂，因此进一步提高其容量性能和循环性能是目前该材料的主要研究方向。

现有的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂改进包括了阳离子掺杂和表面包覆。阳离子掺杂的目的主要是为了稳定层状结构，抑制Ni2+阳离子混排。表面包覆主要是抑制材料表面遭受电解液中HF的腐蚀。采用Ce离子掺杂，可以利用Ce本身的强氧化性，减低阳离子混排。同时，由于Ni4+的离子半径较大，只能少部分的掺杂，而大部分以CeO₂包覆与材料的表面。稳定的CeO₂ 可以减缓电解液与材料表面的反应。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，产品掺稀土铈锂镍钴锰氧三元正极材料，该方法制备出的掺Ce锂镍钴锰氧三元正极材料具有良好的电化学性能，2.8V-4.2V之间，0.2C下，首次放电容量可以达到180mAh/g，并且循环稳定性提高。制备的工艺过程简单，操作简便，能够很好的控制晶体颗粒大小。

本发明制备的锂离子电池正极材料的化学式为：LiNi_0.33Co_0.33-xMn_0.33Ce_xO₂₂，具体成分及摩尔比为Li：Ni：Co：Mn：Ce=1：0.33：0.25～0.30：0.33：0.03～0.08，结构为层状α-NaFeO₂结构，空间群为R-3m。

本发明一种锂离子电池正极材料的制备方法如下：

（1）将镍、钴和锰的硫酸盐溶液按照锂离子电池正极材料LiNi_0.33Co_0.33-xMn_0.33Ce_xO₂中镍钴锰的摩尔比配制成镍钴锰硫酸盐的混合溶液；

（2）按照锂离子电池正极材料LiNi_0.33Co_0.33-xMn_0.33Ce_xO₂中镍钴锰与铈的摩尔比，向步骤（1）中配制的镍钴锰硫酸盐的混合溶液中添加硝酸铈溶液，并进行搅拌，得到金属阳离子混合溶液；