[发明专利]一种锂电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子二次电池领域，尤其涉及一种锂电池正极材料及其制备方法。

背景技术

由于LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂在结构和性能上具有很强的互补性，开发二元或三元的复合正极材料，提高材料的电化学性能成为研究的主要方向。将Co和Mn同时引入到LiNiO₂的层状结构之中形成的LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂三元过渡金属复合氧化物表现出了较LiCoO₂更加优异的电化学性能，被认为是最有可能替代LiCoO₂的正极材料。

镍钴锰三元材料中的高镍材料因为表层存在高价的四价镍元素，会因其电解液的分解，从来导致较差的热稳定性，因而无法应用。Sun yangkook制备了一种具备核壳结构的镍钴锰三元材料，此材料在最外层的两个微米内存在元素浓度梯度，其中Ni逐渐减少，而Mn和Co逐渐增大。但该核壳结构的三元材料在烧结之后，材料的内核和外部梯度表层之间会产生明显界限，导致在烧结和循环过程中会因为内部和外部结构膨胀系数的不同而出现核壳之间的分离和破裂，破坏材料结构，难以达到较好的循环性能和热稳定性能。另外，此界限也会限制锂离子的扩散，降低材料的电化学性能，且采用该三元材料的锂电池也无法达到较高的首次效率。

发明内容

本发明解决了现有技术中镍钴锰三元材料内部存在明显界限、难以达到较好的循环性能、热稳定性能和电化学性能、且首次效率低的技术问题。

本发明提供了一种锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、先将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应；

S2、待步骤S1进行5~25h后，往溶液A中匀速泵入溶液B，并在泵入溶液B的同时将混合溶液整体与碱溶液等速泵入反应容器中，继续进行共沉淀反应；

S3、待步骤S2完成后，将溶液C和碱溶液等速泵入反应容器中，继续进行共沉淀反应，反应终止后干燥得到前驱体；

S4、将步骤S3得到的前驱体与锂盐混合，烧结后得到所述锂电池正极材料；

所述溶液A为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2x）：x：x，其中0＜x≤0.25；

所述溶液B为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2y）：y：y，其中0.25≤y＜0.5；且溶液A和溶液B不同；

所述溶液C为钴盐水溶液；

所述碱溶液为含有沉淀剂和络合剂的水溶液；所述沉淀剂选自水溶性氢氧化物中的一种或多种，络合剂为氨水。

本发明还提供了一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料由本发明提供的制备方法制备得到；所述锂电池正极材料具有核-中间过渡层-壳三层结构，所述中间过渡层中由内至外镍含量逐渐降低，锰钴含量逐渐升高。

本发明提供的锂电池正极材料的制备方法，通过三步共沉淀法制备前驱体，其中第一步共沉淀过程形成该正极材料的内核，其为高镍低钴锰材料；然后第二步共沉淀过程中通过控制反应体系中镍钴锰的浓度，形成三种元素的浓度呈梯度分布的中间过渡层，该中间过渡层从内至外镍浓度逐渐降低、钴和锰浓度逐渐升高，且该中间过渡层与内核之间不存在明显分界，可有效避免其后续烧结制备正极材料时核壳分离或破裂的情况发生，也不会锂离子的脱出和嵌入，使得采用该正极材料的锂电池同时具有高容量、高循环性能、高电化学性能以及低成本的优点；最后，通过第三步共沉淀过程形成该正极材料的外壳层，在浓度梯度分布的中间过渡层表面形成仅含钴材料层，其一方面能保证电池的热稳定性，还能有效提高电池的首次效率。

附图说明

图1是实施例1中制备前驱体的反应装置的结构示意图。

图2是实施例1中制备得到的共沉淀前驱体S1的剖面SEM图。

图3是实施例1中制备得到的共沉淀前驱体S1从内至外镍钴锰的元素含量分布图。

图4是实施例1制备得到的锂电池正极材料S10的XRD测试图。

图中，1——第一容器，2——第二容器，3——第三容器，4——反应容器，5——产物收集容器，6——第一泵，7——第二泵，8——第三泵。

具体实施方式

本发明提供了一种锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：