[发明专利]一种单晶三元锂电池正极材料的制备方法及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种单晶三元锂电池正极材料的制备方法及锂离子电池，涉及锂电池技术领域，包括以下步骤：将硫酸锰溶液、硝酸镍溶液、硫酸钴溶液混合均匀，利用蠕动泵分别同时将混合溶液、碳酸钠溶液和氨水缓慢加入到反应容器中，反应得到三元碳酸前驱体；将三元碳酸前驱体升温煅烧后得到氧化物前驱体；将氧化物前驱体与LiF、掺杂剂湿法球磨得到混合料，将混合料升温预煅烧2‑5h后，再升温至750‑800℃煅烧8‑10h；将煅烧产物与Li₂CO₃混合烧结，自然降温即可，本发明单晶三元锂电池正极材料中镍、锰、钴三者的摩尔比与设计成分比非常接近，具有良好的循环伏安性能，库伦效率大于93％，市场应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种单晶三元锂电池正极材料的制备方法及锂离子电池。

背景技术

伴随着人类社会对能源的需求，绿色、清洁而高效的能源供给已成为当今科学所面临的重大而又紧迫的课题之一。锂离子电池作为一种新型的绿色电源，具有比能量高、自放电小、开路电压高、无记忆效应、循环寿命长、环境污染小等多方面的优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑等数码电子产品，纯电动及混合动力新能源汽车，以及能源储能系统之中。在此背景下，锂离子电池因其广泛的应用前景和巨大的潜在经济效益，吸引越来越多的学者对其进行深入的研究。

正极材料是锂离子电池的关键组成，其不仅作为电极材料参与电化学反应，同时还要充当锂离子源。理想的正极材料首先要有较高的化学稳定性和热稳定性，保证充放电的安全；同时要有良好的电化学性能，具备较大的比容量，较大的工作电压，优良的循环和倍率性能；最后也要相对容易制备，对环境友好，价格便宜。锂离子电池的正极材料一般为含锂的过渡金属氧化物或聚阴离子化合物。这是因为过渡金属往往具有多个价态，能够在锂离子脱出和嵌入的过程中保持电中性；同时，嵌锂化合物对金属锂具有较高的电极电势，保证电池有较高的工作电压。

目前主流的锂离子电池正极材料有LiCoO₂，LiMnO₂，LiNiO₂，LiFePO₄等材料。钴酸锂LiCoO₂是最早商业化应用的锂离子电池正极材料，其理论容量为274mAh/g。但因材料本身的结构限制，只有部分锂离子可以可逆的脱嵌，因此实际的比容量约为140mAh/g，相对较低。LiNiO₂的理论比容量为276mAh/g，在1.8～4.2V的电压范围内实际容量约为190-210mAh/g，具有较高的容量。但LiNiO₂的结构有序性和稳定性较差，LiNiO₂中Ni³⁺离子较难形成，低价的Ni²⁺离子易与Li⁺发生阳离子混排，影响其电化学性能。LiMnO₂理论容量为285mAh/g，但其热力学结构不稳，在充放电过程中易发生不可逆的相变，造成容量的大幅衰减。

三元材料LiNi_xMn_yCo_zO₂具有比容量高、循环稳定、生产成本较低和生产工艺简单等优点，近年来发展迅速并成为动力电池领域的研究热点，但也存在一些不可忽视的缺陷，例如阳离子错排现象、材料振实密度偏低、体积能量密度不高、高截止电压和高温条件下工作时循环性能和热稳定性差、与电解液发生副反应等，都是该材料应用于大型储能装置前必须要解决的关键问题，对其制备方法进行改进使其能够克服这些缺陷是目前研究热点。

发明内容

为解决目前技术中的缺陷，本发明提供了一种单晶三元锂电池正极材料的制备方法及锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种单晶三元锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别配置一定浓度的硫酸锰溶液、硝酸镍溶液、硫酸钴溶液、碳酸钠溶液待用；