[发明专利]一种镍锰掺混锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种用于动力电池的镍锰掺混锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的紧缺和工业化的发展，能源匮乏和环境污染的压力日益严重，寻找清洁能源和研发新的节能材料制备方法势在必行。

自从1991年索尼公司将锂离子电池商品化以来，锂离子电池在人们的生活中发挥着越来越重要的作用，锂离子电池作为一种新型的绿色能源，现在它广泛的应用于电脑，相机，手机等电子产品以及动力汽车上。

影响锂离子电池使用性能及安全性最为关键的部分是其使用的正极材料，而且正极材料的成本在锂离子电池成本中所占比重最高，因此，提高正极材料的性能并降低正极材料的成本是提升锂离子电池性能，降低成本的关键。

目前，锂离子电池正极材料主要包括具有层状结构的LiCoO₂，LiNiO₂，LiMnO₂，LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，LiNi_0.8Co_0.2O₂，尖晶石结构的LiMn₂O₄，LiNi_0.5Mn_1.5O₄，橄榄石结构的LiFePO₄等。

动力洗车与其它小型电子设备不同，其在行驶过程中耗电量大，且电池的安全性直接关系到驾驶员的生命安全，因此，用于动力洗车的锂离子电池对容量、循环保持率和安全性的要求更高。

在动力汽车用二次锂离子电池的开发中，锰酸锂由于其环境友好，原料价格便宜，平台电压较高，安全性高，pH低，表面残碱低等多重优势，已经成为最有前景的锂离子电池材料，特别是锂离子动力电池用的材料，但是锰酸锂的一个缺点是容量低，因此由锰酸锂作为正极材料的动力电池，其能量密度低，应用到动力汽车上后其续航里程相对较低，因此提高用于动力电池的正极材料的能量密度迫在眉睫。

多元正极材料LiNi_xCo_yA_1-x-yO₂，尤其是镍含量较高的多元正极材料(即，x≥0.7的多元材料，简称“高镍材料”)具有能量密度高、容量高、循环性能优良、价格便宜等优点。

但是高镍材料合成条件苛刻，在合成时会不可避免地生成Ni²⁺，而Ni²⁺极化能力较小，容易形成高对称性的无序盐结构，因此会有一部分Ni²⁺分布在Li层，从而产生锂离子混排现象，而锂离子混排会对正极材料的首次充放电效率、可逆容量、循环性能等电化学性能造成负面影响；而且，目前合成出来的高镍材料表面残碱量高、pH高，导致在制作锂离子电池时产生“果冻”等不期望的现象，使锂离子电池的制作工艺难以控制，高镍材料的安全性能也远远低于锰酸锂正极材料的安全性能；同时，单纯使用高镍材料作为锂离子电池的正极材料，其安全性也存在极大隐患，目前开发出的高镍材料在200℃左右的温度下就会发生性能改变，以其作为正极材料的锂离子电池很可能在该温度下发生爆炸，对驾驶员的生命安全造成威胁。

现有技术中，存在采用不同制备用于动力电池的锂离子电池正极材料，如中国专利CN10420137A公开一种镍钴锰酸锂复合正极材料的制备方法，其使锰酸锂与三元材料在结合剂的作用下，在300～700℃高温条件下进行烧结而制得镍钴锰酸锂复合正极材料，该方法制得的产物为包覆型材料，结合剂的使用增加了正极材料中原子排列的混乱程度，不利于锂离子在正负极材料间的脱嵌和入嵌，正极材料的循环性能差。

因此，亟需开发一种残碱含量低，容量和安全性高的高镍材料，及一种能够便捷地制备上述高镍材料的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：使用高镍前驱体，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本发明提供一种制备镍锰掺混锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将锂源与高镍材料前驱体混合，并进行首次焙烧，然后冷却、任选进行粉碎；