[发明专利]一种锂离子电池层状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技术领域，具体涉及一种锂离子电池层状正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有能量高、电压高、寿命长、无记忆效应、安全性能好、无污染、性价比好、高能量密度等显著的优点，被广泛应用到手机、数码产品等消费品电池领域和新能源汽车用电池等动力电池领域。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，极大影响锂离子电池的性能。因此对锂离子电池正极材料的研究成为锂离子电池研究领域的热点之一。层状正极材料是目前商业电池常采用的主要材料。

层状正极材料常用的制备方法固相法、溶胶凝胶法和传统共沉淀法。固相法得到产物组分不精确、所需煅烧温度较高，且产物形貌不容易控制，不利于通过合成来控制产物电化学性能；溶胶凝胶法虽能达到原料原子级别混合，但形成凝胶和烘干时间较长，导致合成周期较长，同时前驱体与产物体积变化较大，不利于生产设计；传统共沉淀法虽能控制产物达到一定的形貌和尺寸，但受PH值、保护气氛影响较大，且多次抽滤清洗、烘干，再与锂盐研磨混合等步骤，影响因子复杂且步骤繁多不利于生产和影响生产成本。所以，探寻一种简便、快捷制备具有高比容量、高倍率性能、优秀循环能力且适合商业化生产的层状正极材料方法，具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池层状正极材料的制备方法，该制备方法工艺简单、成本较低，所需温度不高，材料的形貌和尺寸比较容易控制，合成周期短，可大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池层状正极材料，该锂离子电池层状正极材料结构稳定性好，充放电比容量高，循环性能和倍率性能优良，具有良好的电化学性能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锂离子电池层状正极材料的制备方法，包括如下步骤：

A、前驱体制备：

A1、用去离子水将镍盐、钴盐、锰盐和锂盐进行溶解，配制成总离子浓度为0.01-5mol/L的混合金属盐溶液；

A2、将8-羟基喹啉溶于有机醇溶液中，配制成摩尔浓度为0.01-5mol/L的8-羟基喹啉溶液；

A3、搅拌状态下，将混合金属盐溶液和8-羟基喹啉溶液进行混合，搅拌1-10h后，得到混合溶液；

A4、将得到的混合溶液加热搅拌，蒸发溶剂，制得前驱体；

B、目标产物制备：

将前驱体进行预烧结处理，冷却后研磨，然后再进行高温烧结处理，冷却后得到锂离子电池层状正极材料。

优选的，所述步骤A3中，混合金属盐溶液和8-羟基喹啉溶液混合有三种方式：将混合金属盐溶液放入反应容器内，再加入8-羟基喹啉溶液；或者，将8-羟基喹啉溶液置于反应容器内，再加入混合金属盐溶液；或者，将8-羟基喹啉溶液和混合金属盐溶液同时滴入反应容器内。

优选的，所述步骤A1中，镍盐包括醋酸镍、硝酸镍、氯化镍和硫酸镍中的至少一种。

优选的，所述步骤A1中，钴盐包括醋酸钴、硝酸钴、氯化钴和硫酸钴中的至少一种。

优选的，所述步骤A1中，锰盐包括醋酸锰、硝酸锰、氯化锰和硫酸锰中的至少一种。

优选的，所述步骤A1中，锂盐包括醋酸锂、硝酸锂、氯化锂和硫酸锂中的至少一种。

优选的，所述步骤A2中，有机醇溶液包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的至少一种。

所述步骤A4中，加热温度为50-100℃，加热采用油浴装置、水浴装置、沙浴装置或磁力加热搅拌装置。

优选的，所述步骤B中，预烧结的温度为250-500℃，时间为0.5-9h。

优选的，所述步骤B中，高温烧结的温度为700-1000℃，时间为2-24h。

一种根据上述所述的制备方法制得的锂离子电池层状正极材料，所述锂离子电池层状正极材料的化学式为：Li(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O₂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1。

本发明的有益效果在于：本发明的制备方法通过采用Ni²⁺、Mn²⁺、Co²⁺和Li⁺几种金属离子与8-羟基喹啉螯合形成难溶物，使得前驱体中各元素的含量和配比能够比较精确地受到控制，非常有利于提高材料的结构稳定性和充放电比容量。