[发明专利]一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着全球环境的日益恶化以及石油等资源的枯竭，节能减排和绿色能源的研发已经迫在眉睫，国内外都高度重视关于新能源以及可再生清洁能源的开发与应用。锂离子电池是其中一种比较有前景的新型的绿色环保的能源。由于具有能量密度高、可快速充电、自放电小、可长时间储存、循环性能优越、无记忆效应、工作温度宽、轻量化等优点，锂离子电池已经广泛应用于各种便携式电子设备上，不久也有望应用于电动汽车和混合动力汽车的动力源。对于锂离子动力电池，能量密度是其重要指标参数，因为它直接关系到电动汽车的续航里程和动力电源的连续工作时间。而锂离子电池的能量密度主要取决于其制造所用的正极材料。目前美国特斯拉公司使用的高能量密度锂离子动力电池正极材料，目前在国内还基本上是空白。目前已批量应用于锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、磷酸铁锂(LiFePO₄)、镍钴锰酸锂以及(LiMn₂O₄)。其中，钴酸锂是最早实现商业化应用的，具有成熟的规模化生产技术，并已广泛应用于低功率的可移动电子产品上，但钴资源匮乏、价格昂贵，毒性较大不环保；锰酸锂电池锰的资源丰富，价格低廉，对环境无污染，脱嵌电位高，功率密度较大，但是低容量和不稳定的循环性能限制其应用；磷酸铁锂正极材料环保无毒，矿产资源丰富，原料成本低廉，温度耐受性极佳，循环稳定性能优越，但其导电性较差，密度小，体积大，能量密度低及低温性能欠佳，使其应用和发展均受到限制。镍酸锂(LiNiO₂)正极材料和LiCoO₂正极材料都是具有层状结构的材料，其放电比容量很高～210mAh/g(LiCoO₂～140mAh/g)，功率密度和能量密度大，良好的导电性能，相对便宜的价格和较低的毒性，使的镍酸锂正极材料很有希望取代钴酸锂正极材料，尤其在电动汽车和混合动力电动汽车应用前景较好。然而，镍酸锂制备条件苛刻，不易制得理想化学计量比的产物，热稳定性较差和充电过程中有氧气的析出的安全问题，限制其实用化的过程。

现有的锂离子电池镍酸锂(LiNiO₂)正极材料电化学循环性能差、热稳定性差、安全性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法，旨在解决现有的锂离子电池镍酸锂(LiNiO₂)正极材料电化学循环性能差、热稳定性差、安全性能差的问题。

本发明是这样实现的，一种高容量锂离子电池正极材料的制备方法，所述高容量锂离子电池正极材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将NiSO₄·6H₂O,CoSO₄·7H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O溶解于适量去离子水中，配得摩尔比为Ni²⁺:Co²⁺:Al³⁺＝(1-x-y-m):x:y＝(1-m):0:0的1.5mol/L富镍溶液A(0.1≤m≤0.4)；

步骤二，将NiSO₄·6H₂O,CoSO₄·7H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O按摩尔比为Ni²⁺:Co²⁺:Al³⁺＝m:x:y＝(20m):3:1溶解于适量去离子水中，配得等体积的贫镍溶液B(0.1≤m≤0.4)；

步骤三，将溶液A以10mL～10L/min的速度(V)加入溶液B中，强烈搅拌使其混合均匀；

步骤四，同时将混合好的溶液在N₂保护下以两倍于溶液A的速度(2V)加入反应槽(容器C)中，使等体积的A液和B液同时耗尽；

步骤五，同时向步骤四所得混合溶液中并流滴加氨水和4mol/L的NaOH溶液，调节pH值为11.0，同时控制好反应温度为50℃和搅拌速度为600rpm；

步骤六，将步骤五所得共沉淀液静置陈化12h，将陈化液过滤和多次洗涤后，在105℃下真空干燥24h；