[发明专利]一种具有一维结构的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有一维结构的锂离子电池正极材料及其制备方法。将反应液体置于超声波声场中，在超声波空化作用下，醇和乙二胺四乙酸协同与金属盐实现超声化学反应，得到具有一维结构的正极材料前驱体。本发明方法简单，时间短，只需在大气环境下进行，成本低。将前驱体与锂盐混合均匀后煅烧锂化得到具有一维结构的正极材料，该正极材料的化学通式为Li_1+tNi_xCo_yM_zO₂，其中，0≤t≤0.6，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1，M为Mn或Al中的一种。本发明获得的具有一维结构的正极材料在纵向上具有优异的电子传输，径向上减少锂离子扩散路径，从而获得高的倍率性能、比容量及循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种具有一维结构的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前被广泛应用的二次电池，具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子产品、电动汽车及可再生能源储能。正极材料是锂离子电池的重要构成部分，占据着电池成本的大部分，理想的正极材料应具备高容量、高输出电压、优异倍率性能、循环稳定和成本低廉等特点。

目前已经商业化的高比容量锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMnO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、镍钴锰酸锂三元材料(LiNi_xCo_yMn_zO₂)和镍钴铝酸锂三元材料(LiNi_xCo_yAl_zO₂)等。已经发展的制备正极材料前驱体的方法主要有共沉淀法(CN201210472464.3，CN201510951028)、水热法(CN201811548949)、球磨法(CN201711076914)等。采用最多的是共沉淀法，其在前驱体合成时，需要加入氨水或氢氧化钠作为沉淀剂和控制pH，且需要在反应釜中通有氮气等惰性气体，整个过程耗费时间较长，而所用氨水和氢氧化钠会影响环境和腐蚀设备，如专利CN201510951028。水热法则需要在高温高压的条件下进行，难以实现大规模工业化生产。球磨法是将含镍、钴或锰的前驱体进行球磨，一般球磨时间为若干小时以使元素均匀分布，如专利(CN201711076914)将碳酸锂、碳酸镍、碳酸钴和碳酸锰混合，进行干混球磨，混料时间为5～15小时。上述方法合成的正极材料主要是球形颗粒或不规则的粉体，一致性差，电子在颗粒或不规则粉体间的传输会有较大的损失，倍率性能不佳，很难满足目前电动汽车快充的需求。随着电动汽车的普遍应用，对锂离子电池的倍率性能提出了更高的要求，以实现快充技术。一维结构的电极材料可以在纵向上具有优异的电子传输，径向上减少离子扩散路径，从而获得优异的倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有一维结构的锂离子电池正极材料，该正极材料具备一维结构，能够提高电子电导率、离子电导率、倍率性能和结构稳定性等。

本发明的目的还在于提供一种简易的、可调控的、具有一维结构的锂离子正极材料的制备方法，该方法工艺简单、易于操作控制、成本低。

本发明提供的一种具有一维结构的锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取金属盐为钴盐、镍盐、锰盐、铝盐中的一种或几种，溶于醇和水的混合溶剂配成金属盐溶液A；

(2)将乙二胺四乙酸加入金属盐溶液A中得到混合溶液B；

(3)混合溶液B在超声波作用下进行超声化学反应，得到一维结构的正极材料前驱体；

(4)将具有一维结构的正极材料前驱体与溶液固液分离，清洗、烘干；

(5)将具有一维结构的正极材料前驱体放入炉子中进行煅烧去除有机物；