[发明专利]一种锂离子电池的高镍四元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，特别涉及一种锂离子电池的高镍四元正极材料 及其制备方法。

背景技术

随着国家经济转型的需要，在十二五规划期间对新能源产业的不断发展与重视， 迫切需要解决限制新能源汽车的瓶颈问题——电池的能量密度和安全性问题。我们所熟知 的离子电池正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、三元材料以及磷酸铁锂等，但由于钴 资源匮乏，且毒性较大，造成钴酸锂生产成本居高不下，并对环境产生了不可逆转的影响； 镍酸锂材料资源丰富在克容量的发挥与比能量方面都具有优势，但是其循环性能较差，限 制了其产业化的应用；锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优 点，但其循环性能及电化学稳定性较差，而大大限制了其产业化；磷酸铁锂材料的安全性与 循环寿命都有显著的优点，但是材料自身压实密度太低，造成电池比能量不高，所以限制了 整车在续航里程方面提升的空间；三元材料的成本低，相当于钴酸锂的1/4且更绿色环保， 理论克容量为278mah/g，实际克容量为150-190mah/g,实际能量密度为540-684wh/kg，相 比较其他几种材料提升了电池的能量密度，但是目前其安全性不够高。

发明内容

本发明为解决现有锂离子电池正极三元材料存在的安全性和能量密度低的问题， 提供了一种锂离子电池的高镍四元正极材料及其制备方法，从而促进锂离子电池进一步推 广应用。

一种锂离子电池的高镍四元正极材料，所述高镍四元正极材料是由可溶性镍盐、 可溶性钴盐、可溶性铝盐、可溶性钛盐和锂源组成，其化学分子式为Li(Ni_xCo_yAl_zTi_z)O₂，其 中x+y+2z=1，0.7≤x<1，0.05≤y≤0.1，0.05≤z≤0.1；所述可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶 性铝盐和可溶性钛盐形成的镍钴铝钛四元材料前驱体的质量与锂源的质量比为1：（0.5- 0.6）。

进一步方案，所述可溶性镍盐为硫酸镍、硝酸镍、镍的卤化物中的至少一种；

所述可溶性钴盐为硫酸钴、硝酸钴、钴的卤化物中的至少一种；

所述可溶性铝盐为硫酸铝、硝酸铝、铝的卤化物中的至少一种；

所述可溶性钛盐为硫酸氧钛、钛酸四丁酯、钛的卤化物中的至少一种；

所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。

本发明的另一个发明目的是提供上述锂离子电池的高镍四元正极材料的制备方 法，其步骤如下：

（1）按照各元素的摩尔比例Ni：Co：Al：Ti=（0.7~1）:（0.05~0.1）：（0.05~0.1）：（0.05~ 0.1）计算并称取可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性铝盐和可溶性钛盐，其中Al元素与Ti元素 所占比例相同；将它们一起加入去离子水中进行混合配制成0.5-3.5mol/L的溶液A；

（2）将络合剂按加入去离子水中配制成0.05-0.2mol/L的溶液B；

（3）将沉淀剂加入去离子水中配制为0.5-2mol/L的溶液C；

（4）将溶液A、溶液B和溶液C加入反应器中进行搅拌混合，并调节混合液的pH为7.0- 8.5，然后进行共沉淀反应后，将沉淀物进行过滤、洗涤、干燥，得到干燥的球形镍钴铝钛四 元材料前驱体；

（5）将镍钴铝钛四元材料前驱体与锂源按质量比为1：（0.5-0.6）进行混合，在氧气气氛 下进行煅烧，得到镍钴铝钛四元正极材料。

进一步方案，所述络合剂为酒石酸钠、柠檬酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种 或两种。

进一步方案，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸锰、氢氧化钠中的至少一种。

进一步方案，所述步骤（4）中共沉淀反应时间为3-5h。

进一步方案，所述步骤（4）中搅拌混合的搅拌速度为700-900转/分钟、温度为40- 50℃。

进一步方案，所述步骤（4）中干燥温度为80-120℃、时间为15-30h。

进一步方案，所述步骤（5）中煅烧的温度为700-900℃、时间为20-24h。