[发明专利]锂离子电池正极材料LiNi0.8

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，公开了一种锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂及高压固相制备方法与应用。该方法包括以下步骤：将三元前驱体与锂盐按镍+钴+锰与锂的化学计量比为1：1.05～1.15的比例混合均匀，球磨2～4h得到混合前驱体；将得到的前驱体在氧气气氛中于350～450℃处理2～4h，自然冷却后研磨，得到粉末材料；将该粉末状材料再次球磨2～4h，然后在1～12兆帕的高压氧气气氛中于600～750℃下处理6～15h，自然冷却后得到上述锂离子电池正极材料。该方法工艺简单，采用高压气氛可缩短反应时间，降低反应温度，减少生产成本，所得产物实际容量高，循环性能优异。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂及高压固相制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池由于其具有工作电压高、比能量大、应用温度范围宽、自放电率低、储存和工作寿命长以及对环境友好等独特的优势，被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机等便携式电子产品中，并且已经开始应用于电动工具、交通工具(如电动汽车、混合动力汽车)、航空航天、军事、医学、储备电源等众多领域。但是，锂离子电池仍然面临着能量密度低、充电耗时、安全性能差等一系列问题。而正极材料是限制锂离子电池性能提升尤其是能量密度的重要瓶颈之一。

目前常见的锂离子电池正极材料有层状钴酸锂、橄榄石结构磷酸铁锂、尖晶石结构锰酸锂以及新兴的镍钴锰三元正极材料等。其中：钴酸锂由于循环性能优异、电压平台高等优点最早被商业化，但钴的价格较高，资源匮乏，使得钴酸锂的发展受到了限制；磷酸铁锂结构稳定、价格低廉、安全性能优异，但存在充放电电压低、能量密度低等缺点。镍钴锰三元材料兼备了钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂3种材料的特点，在一定程度上弱化了各自的不足之处，具有成本较低、环境污染小、毒性低、能量密度高、电压平台高等优点，因此三元材料迅速成为锂离子电池材料发展的重要方向。

三元正极材料主要包括以下几种材料：LiNi_0.333Co_0.333Mn_0.333O₂(111)、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(523)、LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(622)、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(811)。作为复合材料，通过Ni-Co-Mn的协同效应融合了三者的优点：LiCoO₂的循环稳定性，LiNiO₂的高比容量以及LiMnO₂的高安全性与低成本特性，镍钻锰三元过渡金属复合氧化物受到研究者的广泛关注。三元材料中随着镍含量的增加，正极材料的放电比容量增加明显，但是材料的循环稳定性也会大幅下降，并因此缩短电池使用寿命。考虑到安全性及稳定性因素，目前新能源电动汽车主要使用低镍的三元材料，如111、523等。然而由于电动汽车要求更高的续航里程，电池材料的容量要求也越来越高，为了满足了市场对正极材料能量密度的需求，三元正极材料正向高镍(Ni0.6)方向发展，高比容量的高镍材料 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(811)在三元材料中越来越受到重视。尽管高镍三元材料有很多优点，但是它也有不足之处。由于高镍三元材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂含有比较多的镍元素，并且一价锂离子和二价镍离子的离子半径大致相同，故而存在阳离子混排现象，在一定程度上限制了锂离子的自由移动。这些也必然会影响到电池的电化学性能，降低其循环性和热稳定性。同时高温长时间煅烧，耗能巨大，材料的制备成本较高。