[发明专利]一种锂电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，包括步骤一，以硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、氢氧化钠、氨水为原料，采用共沉淀法制备球状前驱体，其化学式为(Ni_xCo_yMn_z)(OH)₂，其中0.1≤x≤0.2，0.1≤y≤0.2，x+y+z=1；步骤二，采用高温固相法，将步骤一中的前驱体与氢氧化锂粉末均匀混合后先在400‑500℃加热5小时；再与氟化锂混合，混合物750‑1000℃条件下烧结10‑20小时，即制备得到锂离子电池正极材料，其化学式为Li[Li_0.20Ni_0.8xCo_0.8yMn_0.8z]O_2‑aF_a，其中，0.1≤x≤0.2，0.1≤y≤0.2，x+y+z=1，0.002≤a≤0.02；本发明还提供了一种应用上述正极材料制备的锂离子电池。本发明中锂离子电池正极材料制备过程简单，原料成本低，能量密度高，以此正极材料制备的锂离子电池性能卓越。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料研究开发领域，具体涉及一种锂电池正极材料及其制备方法。

背景技术

全球范围内出现了日益严峻的能源和环境问题，传统化石能源的日益匮乏加快了人们对高性能能量储存器件的研究，锂离子电池因其具有能量密度高、使用寿命长、对环境友好等方面的优点而被广泛使用。在锂离子电池的构造中，正极材料决定了整个锂离子电池的总容量，是锂离子电池发展过程中的症结所在。目前商品化正极材料多为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元正极材料等，随着锂离子电池技术的成熟化，对原材料的需求量大幅增加，对能量密度的要求也越来越高，钴酸锂和普通的镍钴锰三元正极材料的价格不断升高，能量密度的提升有限，近年来低成本、高能量密度的富锂锰基电极材料成为研究的热点。

Li-Ni-Co-Mn体系层状正极材料相比于传统的正极材料具有更高的理论比容量，层状结构锂离子传输的通道为整个锂离子层的平面二维通道，从而具有更快的锂离子传输速度，在较大的电流下有更好的性能，同时也具有更高的循环性能。另外，Li-Ni-Co-Mn体系层状正极材料使用锰、镍元素，造价低廉，使用钴元素，绿色无毒，所以该体系正极材料对环境友好，并且成本较低。

共沉淀法是工业生产中常用的较大规模生产电极材料一种实用方法，相比于固相法，共沉淀法虽然成本较高，但是在材料颗粒尺寸的控制以及材料的纯度上会有很大的优势。如申请号为201610284398.5名为《一种高性能富锂锰基正极材料的合成方法》的中国发明专利，提供了一种高性能富锂锰基正极材料的合成方法：首先采用共沉淀法合成Ni_0.19Co_0.13Mn_0.68(OH)₂前驱体；然后将前驱体与LiOH·H₂O混合烧结得到Li_1.2Ni_0.15Co_0.10Mn_0.55O₂；最后将Al(NO₃)₃·9H₂O加入乙醇溶液中，再加入一定质量的Li_1.2Ni_0.15Co_0.10Mn_0.55O₂，搅拌一段时间，再加入一定浓度的LiOH·H₂O，调节pH，水浴加热、干燥、烧结，最终得到经过合成纳米氧化铝包覆后的高性能富锂锰基正极材料。上述富锂锰基正极材料需制备纳米氧化铝包覆层，制备过程较为复杂。

发明内容