[发明专利]一种锂离子电池层状三元正极材料及其微波制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，尤其是一种锂离子电池层状三元正极材料及其微波制备方法。

背景技术

目前，集节能、环保、可循环利用的绿色动力电池，是人类可再生清洁能源方面研究的一个重点，正极材料是动力电池的关键技术之一。锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。

目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。其中，钴酸锂（LiCoO₂）制备工艺简单，充放电电压较高，循环性能优异而获得广泛应用。但是，因钴资源稀少、成本较高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制。镍酸锂（LiNiO₂）比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差。锰酸锂除了尖晶石结构的LiMn₂O₄外，还有层状结构的LiMnO₂。其中层状LiMnO₂比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差。尖晶石结构LiMn₂O₄工艺简单，价格低廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量衰减较严重。磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在放电电压低（3.4V）、振实密度低、尚未批量生产等不足。上述几种正极材料的缺点都制约了自身的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。

发明内容

本发明的目的就是针对现有的锂离子正极材料生产成本较高、环境污染大和抗过充能力较差，循环性能差，容量低等问题，提供一种新型锂离子电池层状三元正极材料及其微波制备方法。

本发明的一种锂离子电池层状三元正极材料，所述层状三元正极材料的化学式为Li_xNi_yCo_zTi_1-y-zO₂，式中1.0≤x≤1.2，0＜y≤0.6，0＜z≤0.4，1-y-z＞0。

本发明的一种锂离子电池层状三元正极材料，其化学式为LiNi_1/3Co_1/3Ti_1/3O₂。

本发明的一种锂离子电池层状三元正极材料，其化学式为LiNi_0.6Co_0.2Ti_0.2O₂。

本发明的一种锂离子电池层状三元正极材料，其化学式为LiNi_0.5Co_0.4Ti_0.1O₂。

本发明的一种锂离子电池层状三元正极材料的微波制备方法，包括下述步骤：首先按摩尔比为x:y:z:1-y-z的比例，依次称取锂盐、二价镍盐、三价钴盐、四价钛盐置于研钵中，再加入适量螯合剂和助磨剂研磨10-15分钟混合均匀制成混合液，将混合液置于坩埚中放入微波炉加热10-40分钟，自然冷却后取出研磨，即得到粒径为200-500nm的黑色层状三元正极材料；所述1.0≤x≤1.2，0＜y≤0.5，0＜z≤0.5，1-y-z＞0；所述螯合剂加入的摩尔量为锂盐、二价镍盐、三价钴盐、四价钛盐四种盐的摩尔量之和。

所述锂盐为醋酸锂或碳酸锂或氢氧化锂，所述二价镍盐为醋酸镍或碳酸镍，三价钴盐为醋酸钴或碳酸钴，所述四价钛盐为钛酸丁酯或钛酸四乙酯或二（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛，所述螯合剂为柠檬酸或聚乙二醇或葡萄糖或蔗糖，所述助磨剂为水或丙酮或乙醇或乙醚。

所述锂盐优选为醋酸锂，所述二价镍盐优选为醋酸镍，三价钴盐优选为醋酸钴，所述四价钛盐优选为钛酸丁酯，所述螯合剂优选为柠檬酸，所述助磨剂优选为水。

所述微波炉的加热档位优选为中高火档位。