[发明专利]一种锂离子电池用前驱体、正极材料、锂离子电池正极以及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用前驱体、正极材料、锂离子电池正极以及锂离子电池。本发明提供的锂离子电池正极材料的平均组成为：LiNi_xCo_yMn_zAl_dO₂ 式(Ⅱ)，其中，0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1，0.001≤d≤0.05，x+y+z+d=1，所述锂离子电池正极材料为球形颗粒，Al元素含量从颗粒中心到表面连续递增。该材料制作成的锂离子电池比容量高、循环性能优良、安全性能好，且成本相对低廉。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用前驱体、正极材料、锂离子电池正极以及锂离子电池，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用前驱体，其平均组成如式(Ⅰ)：

Ni_xCo_yMn_zAl_d(OH)_2+d 式(Ⅰ)

其中，0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1，0.001≤d≤0.05，x+y+z+d＝1，所述前驱体为球形颗粒，Al元素含量从颗粒中心到表面连续递增。

本发明所提供的一种锂离子电池用前驱体，其是将含有Al元素的铝溶液逐渐加入到氢氧化钠溶液中，同时将该氢氧化钠溶液与含有Ni、Co、Mn元素中一种或几种的金属盐溶液，以及络合剂溶液一起并流加入到反应釜中进行反应，得到的前驱体浆料经过固液分离、洗涤、烘干、筛分后获得的。

其中，上述的氢氧化钠溶液中可以含有铝元素，其铝浓度为0-0.1mol/L；上述反应过程中可以向反应釜中通入氮气和/或加入还原剂。

本发明还提供一种锂离子电池正极材料，其由上述锂离子电池用前驱体制备，该正极材料制作成的锂离子电池比容量高，循环性能优异，安全性能好，且成本相对低廉。

本发明还提供一种锂离子电池正极，其由上述锂离子电池正极材料制备。

本发明还提供一种锂离子电池，其中包括上述锂离子电池正极，该锂离子电池兼具较高的容量以及优异的循环性能和安全性能。

本发明所提供的锂离子电池正极材料，其平均组成如式(Ⅱ)：

LiNi_xCo_yMn_zAl_dO₂ 式(Ⅱ)