[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

本发明属于材料领域中电池正极材料的制备方法，具体涉及一种锂离子电池正极材料LiNi_1-x-y Co_xMn_yO₂及其制备方法。

技术背景

LiNi0₂是具有层状结构的过渡金属氧化物，由于其资源丰富、价格低廉、且具有较高的比容量等优点，故被认为是最有希望取代目前已经商业化的LiCoO₂的正极材料之一。但LiNiO₂也存在一些缺点，如：(1)合成具有电化学活性计量比的LiNiO₂非常困难；(2)LiNiO₂因结构不稳定导致容量衰减快；(3)Ni(Ⅲ)和Ni(Ⅳ)的不稳定性造成LiNiO₂的热稳定性差。在LiNiO₂结构中掺入单个元素如Co，A1和Mn等可改善其性能，但单一元素的掺杂往往不能满足要求，只有多元素共同掺杂，才能有效地提高LiNiO₂的综合性能。

掺钴锰后虽比镍酸锂的制备较为容易，但采用简单易行的传统高温固相法还是易生成非计量比产物、产物重现性和一致性差、难以工业化。主要存在以下问题：(1)在高温合成条件下锂盐容易挥发而导致锂缺陷产生；从Ni²⁺氧化至Ni³⁺存在较大的势垒，易造成阳离子混排现象，热稳定也不好，高温下LiNi_1-x-y Co_xMn_yO₂会发生相变，易生成非计量比产物。(2)预混匀处理程度有限，产物元素分布不均匀，易造成钴簇的形成导致材料的可逆性差。采用提高温度增加反应时间可以使产物趋向均一，但又会助长非计量比产物的生成。

发明内容

本发明提供一种采用液相氧化法和高温烧结相结合制备正极材料LiNi_1-x-y Co_xMn_yO₂的方法，在不影响比容量的前提下克服了Ni²⁺氧化至Ni³⁺存在较大的势垒，氧化难于完全的问题；同时解决了高温烧结条件下阳离子混排引起的不可逆容量损失。

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用液相氧化法和高温烧结相结合制备正极材料LiNi_1-x-y Co_xMn_yO₂的方法（其中0＜x≤0.10,0<y≤0.10），这种锂离子电池正极材料的平均粒径在4到20um之间，BET比表面积在0.2到1.0m²/g之间。

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按摩尔比Ni：Co：Mn以0.8～0.98：0.01～0.10：0.01～0.10配置Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺混合溶液。

（2）以氨水为络合剂，氢氧化物为沉淀剂，把镍钴锰混合液、氨水和氢氧化物以及氧化剂溶液用泵连续的输入到带搅拌装置的反应器中，经过搅拌、沉淀、分离、干燥得其氢氧化物共沉淀前躯体,其中0＜x≤0.10,0<y≤0.10。

(3)将前躯体混合物与锂源化合物混合，锂源化合物与前躯体的摩尔比为1.01-1.12:1；用聚氨酯球进行球磨，其中聚氨酯球：锂源化合物和前躯体混合物的质量比为1-4:1，混合时间为1-8小时。

(4)将步骤（3）中的混合物进行高温焙烧，分两段进行焙烧，第一段煅烧温度为300-500℃，煅烧时间为1-8h，煅烧气氛为氧气，第二段煅烧温度为600-850℃，煅烧时间为6-24h，煅烧气氛为氧气；

（5）将焙烧得到的正极材料自然冷却后，进行粉碎，筛分，即可得到正极材料LiNi_1-x-y Co_xMn_yO₂，其中0＜x≤0.10,0<y≤0.10。