[发明专利]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复合三元-锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池三元材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂由于高克容量、安全性好、成本低廉、工作电压与现有电解液匹配、无环境污染等优点，被认为是可取代钴酸锂并具有发展潜力的正极材料。由于协同作用，三元材料的性能优于任一单元材料。控制Ni、Co、Mn元素的比例是优化三元正极材料性能的关键因素之一， Ni含量过高会使电池安全性能下降，Co含量过高会使材料成本提高，然而减少两元素含量又会导致材料容量低、结构不稳定等问题。目前合成材料的三元素Ni、Co、Mn的比例为1:1:1、4:2:4、5:2:3、6:2:2、8:1:1，通过共沉淀法对材料进行包覆改性，但仍没有找到一个更好的改性方法来平衡三元素的协同作用，严重影响材料的性能和产品商业化。

以LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂为正极材料的动力锂离子电池的安全性能令人担忧，其低温性能也无法满足消费者的需要。因此为了提高其安全性能和低温性能，多数动力锂离子电池制造商将LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂和LiMn₂O₄混合使用，以提高安全性和低温性能，并以此提高动力锂离子电池的市场竞争力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

本发明的锂离子电池正极材料为由三元材料前驱体Ni_xCo_yMn_z(OH)₂、锰酸锂前驱体MnO₂、碳酸锂混合焙烧而成的复合三元-锰酸锂正极材料，其中：三元前驱Ni_xCo_yMn_z(OH)₂的粒径为5-10微米，x：y：z=1:1:1、5:2:3、6:2:2、8:1:1或4:2:4；锰酸锂前驱体MnO₂的粒径为2-10微米；三元前驱体与电解二氧化锰的摩尔比为8:2、7:3或6:4；碳酸锂与两者之和的摩尔比为1.02-1.12:1。

上述复合三元-锰酸锂正极材料的制备方法为：筛分小颗粒三元材料和锰酸锂的前驱体，再加入碳酸锂混合后，400-600转/分钟球磨4-12h后煅烧，以5-10℃/min升温速率从室温升至450-600℃，恒温4-6h，再以同样的升温速率升至800-950℃，恒温10-16h，然后降温，降温1.5-3h后通氧气，4-8h后自然冷却至室温，得到复合三元-锰酸锂正极材料。

本发明采用的三元材料的前驱体可以通过商业购买获得，也可以采用如下共沉淀法获得：

按摩尔比为1:1:1、5:2:3、6:2:2、8:1:1或4:2:4分别称取镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物，并溶于去离子水中后混合均匀，将沉淀剂氢氧化钠或碳酸钠和一定量络合剂氨水逐滴加入其中，控制金属盐与氨水摩尔比为1:0.75，反应的pH值在8-12之间，50-60℃反应4-16h，并以速度为400-800转/分钟不断搅拌，反应结束后抽滤，反复洗涤，除去杂质，干燥后得到三元正极材料前驱体。

上述钴源化合物为硫酸钴、乙酸钴或硝酸钴；镍源化合物为硫酸镍、氢氧化镍、乙酸镍或硝酸镍；锰源化合物为硫酸锰、乙酸锰或硝酸锰。

本发明采用简单混合煅烧的方法制备出的复合三元-锰酸锂正极材料可以在不牺牲材料结构稳定性的前提下，降低成本，提高材料克容量，改善材料循环性能和倍率性能，提高三元正极材料的安全性能和低温性能，同时改善三元材料的加工性能，优化改进制备工艺，其克容量为110-150mAh/g。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：筛分小颗粒三元材料和锰酸锂的前驱体，再加碳酸锂一起焙烧，得到复合三元-锰酸锂正极材料，具体步骤如下：