[发明专利]一种特殊单晶结构的三元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，尤其涉及一种特殊单晶结构的三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池在人们的生活中变得越来越重要，已被人们广泛用于便携式电力的来源。相比于其它电力来源，其具有很多优点，比如较长的使用寿命、质量较轻、成本低和环境友好等。因而，锂电池在国内外市场趋势持续增长。

早期的商业化的锂离子电池正极材料主要集中在LiCoO₂，其容量较低仅有140mAh/g，这主要是因为材料在高电压条件下化学性能和结构都不稳定，而且钴价格较高、有毒。目前除了钴酸锂以外，商品化的正极材料还包括三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂。从整个正极材料产品比例格局来看，钴酸锂在目前虽然占据主导地位，但从全球出货量来看，三元正极材料快速增长正大幅压缩钴酸锂正极材料的市场比例。在2012年及可以预见的未来几年，中国企业、日韩等对三元的使用量会越来越大。目前市场上三元主要为二次球形颗粒的三元材料，该材料压实低，且生产过程中二次球易破碎。

发明内容

本发明的目的是提供一种高容量、高能量密度、优循环性能的一种特殊单晶结构的三元正极材料。

   本发明的另一目的是提供一种特殊单晶结构的三元正极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种特殊单晶结构的三元正极材料，该正极材料的通式为：LiNi_xCo_yMn_zM_vO₂，其中x+y+z=1，0.2≤x≤0.6，0.1≤y≤0.4，0.2≤z≤0.5，0.01≤v≤0.03，M为Ti、Zn、Cr、F中的一种元素。

一种特殊单晶结构的三元正极材料的制备方法，包括以下两个步骤：

步骤一：制备前驱体，即单晶结构镍钴锰氧化物；

按照摩尔比x:y:z称取镍、钴、锰化合物并溶于水溶液中，在不断搅拌的条件下加入氨水调节溶液pH，pH的范围值控制在为8~10之间，再将该溶液倒入反应釜内，将反应釜放入马弗炉内烧结，烧结的温度范围为300~500℃，烧结的时间为12~15h之间，然后冷却、清洗、研磨得到前驱体；

步骤二：制备单晶结构镍钴锰三元材料；

按照摩尔比1：1.0~1.09：v称取锂盐、前驱体、M的化合物，将锂盐、前驱体与M化合物均匀混合，再进行分段烧结，烧结过程中有气氛保护，烧结的温度曲线为500~550℃烧结2~3小时，820~1020℃烧结8~10小时，冷却、研磨，得到单晶结构镍钴锰三元材料LiNi_xCo_yMn_zM_vO₂。

此制备方法中，镍、钴、锰化合物是硝酸类的镍、钴、锰，氯化物类的镍、钴、锰，硫酸类的镍、钴、锰，或是乙酸类的镍、钴、锰。

此制备方法中，锂盐是氢氧化锂、乙酸锂、碳酸锂中的一种或其混合盐。

此制备方法中，M为Ti、Zn、Cr、F中的元素一种。

本发明的优点效果在于：由于本发明的这种制备方法，所以制备的单晶结构的三元材料具有以下优点：1）单晶颗粒表面较为光滑，与导电剂可以较好的接触，利于锂离子的传输；2）单晶三元材料的压实大，二次球形颗粒的三元材料压实一般为3.6g/cm³，单晶三元材料的压实可达3.8~3.9g/cm³，其较高的压实可减小内阻，减小极化损失，延长电池循环寿命，提高电池能量；3）该材料为特殊的一次单晶粒子结构，比表面低，其典型值为0.25m²/g，在加工过程中，材料不易吸水，且单晶结构的三元材料电极压实过程中不容易破碎，具有良好的加工性能。

附图说明

图1为实施例1正极材料前驱体的SEM图；

图2为实施例1正极材料样品的循环曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1、2所述，下面通过实施案例进一步对本发明进行描述，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员可根据本发明的基本思路，做出相应的改进，只要不脱离本发明的思路，均在本发明的范围以内。

实施例1