[发明专利]一种制备LCO/NCA复合正极材料方法

说明书

本发明涉及化学储能电池领域，具体涉及一种制备LCO/NCA复合正极材料方法，将LiCoO₂(即LCO)、LiNi_0.8Co_0.15A1_0.05O₂(即NCA)、溶剂混合球磨后，一次经第一次恒温热处理、惰性气体处理、第二次恒温热处理后，自然冷却、研磨过筛即得，本发明以LCO与NCA为原料，将湿法球磨和煅烧法相结合制备LCO/NCA复合材料，材料组分间协同作用，不仅有效提高平台电压的及倍率性能作用，还提高了材料克比容量的作用。

技术领域

本发明涉及化学储能电池领域，具体涉及一种制备LCO/NCA复合正极材料方法。

背景技术

近些年来，随着科学技术的不断发展和进步，各种便携式电子设备、电动汽车及军事武器装备等发展迅速，对化学电源提出了越来越高的要求，要求电源具有高的能量密度和功率密度。LiCoO₂正极材料具有Li⁺脱嵌和扩散过程的α-NaFeO₂型层状结构，有着较高的电子电导率(约为10^-3S/cm)，但高电压下更多的Li⁺从晶体结构中脱出，放电比容量可以达到180mA·h·g^-1左右，但锂的大量脱出会破坏结构，影响电池的循环性能和安全性能，所以在高电压充放电条件下，LiCoO₂的循环性能将会变差、容量衰减快，原因是高脱锂状态下材料会发生相变、晶格缺氧，造成结构上的不稳定；此外材料与电解液之间将会发生反应，造成Co的溶解等因素造成的。电池的循环性能变差以及热稳定性变差，这些问题限制了LiCoO₂的应用。

采用LiCoO₂作为金属氧化物可贮备锂电池正极，在保证功率性能和贮存寿命前提下，达到160Wh/kg比能量指标有一定的难度。LiCoO₂材料的理论比容量为274mAh/g。在实际应用中，由于结构稳定性的限制，最多只能把晶格中的一半锂离子脱出；因此实际比容量只能达到145mAh/g左右，随着LiCoO₂材料技术的发展，通过优化合成条件、控制形貌及粒度，材料的振实密度有了明显的提高，从原先的1.8g/cm³提高到现在2.8g/cm³甚至3.0g/cm³，这使得电池中正极材料的填充量得到了明显的提高，电池的比能量也得到了提高，但受制于目前的技术水平，LiCoO₂材料再进一步提高电池的比能量难度较大。目前只有通过新材料的研究来进一步提高电池的比能量。

镍类材料与原来一直使用的钴类材料相比可以延长寿命，保持80％容量时的寿命为后者的2倍左右。镍类材料的采用不仅延长了电池寿命，还有利于提高容量。适量的Co-Al掺入到LiNiO₂中，既能抑制充放电过程中材料的相变程度，又可以改善NCA(Li_mNi_1-x-yCo_xAl_yO₂)为正极材料的电池的耐过充性能和循环性能。除了具备高的循环稳定性，优良的充电性能和卓越的储存容量，NCA为正极材料的电池还具备非常低的自放电。这些性能都使该类电池在整个生命周期里拥有非常好的整体性能。NCA正极材料的比容量达到约190mAh/g，远高于LiCoO₂的比容量145mAh/g，若用其部分替代LiCoO2，一方面可以降低电池的重量，提高能量密度，另一方面Ni和Al价格低廉，可以降低电池的生产成本，带来较好的经济效益。