[发明专利]一种锂离子电池用分级结构正极材料的制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用分级结构正极材料及其制备方法，该分级结构正极材料化学式具体为LiNi_xCo_yAl_1‑x‑yO_zCl_2‑z；0.1≤x≤0.9，0.1≤y≤0.9，1.5≤z≤1.95，经水混合、熔盐混合、烧结、粉碎制成，通过添加Cl元素替换原有NCA材料中的O元素，形成有异于传统NCA材料的类NCA型正极，该分级结构正极材料具有规整均匀的微观形貌的同时兼具高电位，高比能量，高倍率输出三种特性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用分级结构正极材料及制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是继镍氢电池之后的最新一代可充电电池。锂离子电池以其嵌锂电压高、比能量高、无记忆效应、自放电小、无毒等优点，成为目前广泛应用的电池体系，并在高能便携式电子设备上得到普遍认可。锂离子电池的正极材料是锂离子电池的核心之一。正极材料在锂离子电池充电工作中，提供大量自由脱嵌的锂离子，对于提高锂离子电池的工作电压、比能量、循环寿命等电化学性能至关重要。

现有的高比能量锂离子电池用的正极材料为三元材料。Ni提高材料容量，过多影响循环性；Co减少阳离子混排，稳定层状结构；Mn降低成本，提高安全性和稳定性；Al改善晶格结构，提高循环性。通过调节Ni、Co、Mn、Al的比例，制备出不同性能的三元材料。分为NCM和NCA两种，其本质上都是为了解决钴酸锂(LiCoO₂)或镍酸锂(LiNiO₂)层状结构的稳定性问题。NCA类正极具有高比容量的优势，但NCA类材料循环性能差，倍率放电效率低，且传统方法制备复杂，制备效率低，相不纯。

为了克服现有技术难题，在已有的技术中，专利201410720895.6提出了锂离子电池正极材料NCA的改性方法，但微观形貌团聚严重，且尺寸较大，不利于容量释放，且制备方式复杂。

专利201510878319.9提出了一种提高锂离子电池NCA正极材料压实密度的制备方法，但权利要求中所提出的熔盐介质法是在NCA制备后非原位物理混合，界面接触阻抗较大，从形貌上看，也是微观形貌不规则接触较多。

专利201510175555.4提出了锂离子电池LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂材料的制备方法，但专利数据显示该方法制备的材料颗粒度大，且形貌团聚严重，结构不规整，2C倍率下的放电性能衰减十分严重。

专利CN201610741604.0公开了将LiCl加入镍钴铝共沉淀前驱体中共同煅烧制备NCA三元正极材料的方法，并且得到的NCA三元正极材料可逆比容量为148mAh/g，容量保持率为85％，由于没有在前驱体阶段加入LiCl而是将其作为锂盐添加至成型的NCA前驱体后煅烧，不能发挥LiCl的改性优势，最终得到的产物依旧是LiNi_xCo_yAl_zO₂(x+y+z＝1)，Cl元素在高温烧结后流失，并没有替换掉O元素，故而放电性能仍不理想。

总之，现有技术中没有一种有效的方法能够快速制备出具有良好大倍率性能的NCA类正极材料，现有NCA类正极材料很难兼具高电位，高比能量，高倍率输出三种特性，不符合现代先进电子装备的供电需求。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种锂离子电池用分级结构正极材料及制备方法和应用。

具体是通过以下技术方案来实现的：