[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法。将铝溶液逐渐加入到氢氧化钠溶液中并搅拌得到混合碱性溶液，同时将该混合碱性溶液与盐溶液、络合剂溶液一起并流加入反应器中进行反应，得到的前驱体浆料经过固液分离、洗涤、烘干、筛分，然后与锂源混合、烧结、破碎、筛分，得到铝梯度结构的正极材料，其铝元素含量从颗粒中心到表面连续递增。该方法工艺简单，对设备要求低，成本相对低廉，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体来讲涉及一种锂离子电池用铝梯度结构的球形正极活性材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池在现代社会的应用越来越广泛，目前主要应用于手机、笔记本电脑、电动工具和电动车等领域。近年来，随着对大容量锂离子电池需求量的增加，迫切需要开发具有高能量密度、高功率、高安全性、长寿命、环保及价廉的锂离子电池。锂离子电池能量密度的要求越来越高，相应的需要不断提高锂离子电池正极材料的能量密度，但随着材料能量密度的提高，其循环性能、安全性能随之下降，如何在不牺牲容量的情况下，同时改进其循环和安全性能，成为亟待解决的问题。

正极材料在重复的充电/放电过程中会发生晶体结构的相变并伴随体积的变化，会造成晶层空间的局部塌陷，导致锂离子嵌入/脱出被阻碍，从而造成极化电阻增加，循环性能下降。现有技术试图通过优化正极材料的合成条件来解决上述问题，然而效果并不理想。这样制备出的正极材料，并不能根本阻止晶体结构的相变，以及脱锂相受热时的相变和分解，因此无法解决由于重复充电/放电循环而导致循环特性严重恶化的问题。

目前提高锂离子电池正极材料循环和安全性能的主要改性方法是掺杂和包覆，其中掺杂和包覆铝元素可以稳定材料结构，明显抑制充放电过程中的放热反应，能够有效的改善正极材料循环和安全性能，但是铝元素的大量掺杂和包覆会导致正极材料的比容量降低。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，能够实现铝元素的梯度分布，铝元素含量从颗粒中心到表面连续递增，既能保证比容量高，又改善了循环性能和安全性能，并且工艺简单、成本相对低廉，适合工业化生产。

本发明提供的一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将铝源与氢氧化钠按照一定摩尔比混合配制成铝浓度为0.05~1.5mol/L的铝溶液，氢氧化钠配制成4~11mol/L的氢氧化钠溶液，含有Ni、Co、Mn元素中一种或几种的金属盐配制成1~3mol/L的盐溶液，并配制0.5~14mol/L的络合剂溶液，其中氢氧化钠溶液放入带有搅拌装置的容器中；

（2）将步骤（1）中的铝溶液按一定流速逐渐加入到氢氧化钠溶液中并搅拌得混合碱性溶液，同时，将该混合碱性溶液与盐溶液、络合剂溶液一起并流加入反应器中进行反应，过程保持搅拌，控制盐溶液和混合碱性溶液的进液流速，同时控制反应体系的络合剂含量1~14g/L、反应温度40~80℃、反应时间5~50h，得到的前驱体浆料经过固液分离、洗涤、烘干、筛分后，得到锂离子电池正极材料用铝梯度结构的前驱体；

（3）将步骤（2）中的前驱体与锂源混合，在空气或氧气气氛中，600~1100℃下，烧结3~20h，经过破碎、筛分，得到所述锂离子电池正极材料。

上述制备方法中，步骤（1）中所述铝源为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、纯铝粉中的一种或其中几种。

上述制备方法中，步骤（1）中所述金属盐为硫酸盐、氯化物、硝酸盐、醋酸盐中的一种或几种。

上述制备方法中，步骤（1）中所述络合剂为乙二胺四乙酸及其钠盐、氨水、氯化铵、硫酸铵、硝酸铵中的一种或几种。

上述制备方法中，步骤（1）中所述铝溶液是按照铝与氢氧化钠摩尔比1:4~1:6的比例混合配制所得。