[发明专利]锂二次电池用高容量正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂二次电池领域，具体涉及一类锂二次电池用高容量正极材料LiNi_1-x-yCo_xAl_yO_2-zF_2z及其制备方法。

背景技术

当前，由于全球范围内的能源危机和环境污染，锂二次电池引起了社会的极大关注。在成熟的商业化锂离子正极材料中，常用的钴酸锂正极材料拥有着较高的能量密度和良好的循环性能。然而钴酸锂高昂的价格限制了其在大功率用电设备上的应用。相较于钴酸锂，镍钴铝酸锂正极材料不仅具有高的能量密度、长的循环寿命，而且价格低廉。因此，镍钴铝酸锂正极材料比钴酸锂更适合在大中型的用电设备上使用。随着电动汽车产业的迅猛发展，镍钴铝正极材料的市场份额应该会逐渐增多，有望成为电动汽车动力电池的首选材料。

镍钴铝酸锂正极材料的制备工艺要求较为苛刻。在前驱体制备的过程中，铝盐的加入会使得前驱体的振实密度与颗粒均匀度大幅下降，这对合成出高真实密度的镍钴铝正极材料造成了很大的困难。工业上大多采用制备工艺成熟的球形镍钴前驱体，在煅烧的过程中引入铝源。然而，在煅烧过程中引入铝源会带来很多问题，如铝在微米球中不均匀分布，不同批次材料差异过大等等。这些问题会严重的影响材料实用性能，阻碍材料的大规模应用。

离子置换是一种合成无机晶体的新型方法，具有能耗低、无污染等特点。在此，采用离子置换的方法来向前驱体中引入铝元素或氟元素，通过对反应条件的控制，可控制合成不同铝含量或者氟含量的镍钴铝前驱体。结合合适的煅烧条件，就可以合成出高容量的锂二次电池正极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钴铝酸锂二次正极材料及其制备方法和氟离子修饰方法，所述电池材料的不同元素组成比例可调节，具有高的比容量和优秀的循环性能。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的锂二次电池用高容量正极材料，分子分为LiNi_1-x-yCo_xAl_yO_2-zF_z，式中0<x<1, 0<y<0.4, 0<z<1.2。

本发明的锂二次电池用高容量正极材料的制备方法，包括以下制备步骤：（1）将可溶性镍盐、钴盐和沉淀剂溶解于溶剂中，于封闭反应装置中80-200℃反应2-48h后，分离、洗涤并干燥后得到Ni_1-xCo_x(OH)₂；（2）将步骤（1）所制得的Ni_1-xCo_x(OH)₂与可溶性铝盐或氟化物溶液在封闭反应装置中80-200℃反应2-48h后，分离、洗涤并干燥后得到Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2-zF_z；（3）Ni_1-x-yCo_xAl_y(OH)_2-zF_z与锂盐充分混合，在400-900℃下煅烧2-30h后，即得到二次电池用高容量正极材料LiNi_1-x-yCo_xAl_yO_2-zF_z。

步骤（1）中所用的镍盐和钴盐为氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种或几种。

步骤（1）中所用镍盐和钴盐的比例为N，有0:100<N<100:0。

步骤（1）中所用的沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和尿素中的一种或几种。

步骤（1）中所述的溶剂为水、乙醇、乙醚等单一溶剂或混合溶剂。

步骤（1）中所制得的Ni_1-xCo_x(OH)₂颗粒粒径处于10nm至100μm之间。

步骤（2）中所用的可溶性铝盐或者氟化物的摩尔数占Ni_1-xCo_x(OH)₂摩尔数的0%-40%。

步骤（2）中所用的易溶铝盐为硝酸铝、醋酸铝、硫酸铝的一种或几种。