[发明专利]锂离子四元正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子四元正极材料及其制备方法和锂离子电池，涉及正极材料技术领域，所述锂离子四元正极材料按照如下步骤制备得到：将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐的混合溶液和氢氧化铝胶体溶液及碱溶液进行共沉淀反应，制备得到四元过渡金属氢氧化物前驱体，将四元过渡金属氢氧化物前驱体和锂源混合烧结，得到锂离子电池四元正极材料。本发明通过将可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐的混合溶液和氢氧化铝胶体溶液共沉淀制备得到粒径和形貌可控的四元过渡金属氢氧化物前驱体，再将四元过渡金属氢氧化物前驱体和锂源烧结能够制备得到镍、钴、锰和铝元素均匀分布、振实密度高、安全性能好，循环性能优的锂离子电池四元正极材料。

技术领域

本发明涉及正极材料技术领域，尤其是涉及一种锂离子四元正极材料 及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、三元材 料及磷酸铁锂。以上几类材料各有优缺点，通过成本和性能的平衡，目前 动力类电池主要使用三元材料和磷酸铁锂材料。其中三元正极材料包括镍 钴铝酸锂和镍钴锰酸锂，且随着镍含量的提高，材料电容量提高和成本降 低，但是材料结构稳定性下降导致安全性和循环性能变差。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池四元正极材料，以铝、镍、 锰和钴相互协同，在提高材料结构稳定性的同时提高锂离子电池的安全性 和循环性能。

本发明提供的锂离子电池四元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐的混合溶液和氢氧化铝胶体 溶液及碱溶液进行共沉淀反应，制备得到四元过渡金属氢氧化物前驱体， 将四元过渡金属氢氧化物前驱体和锂源混合烧结，得到锂离子电池四元正 极材料。

进一步的，四元过渡金属氢氧化物前驱体和锂源在450-550℃烧结 2-4h，然后再升温至700-900℃烧结12-20h，得到锂离子电池四元正极材料。

优选地，四元过渡金属氢氧化物前驱体和锂源在480-520℃烧结3h，然 后再升温至750-850℃烧结15h，得到锂离子电池四元正极材料。

进一步的，四元过渡金属氢氧化物前驱体和锂源的摩尔比为1:1-1.1， 优选为1：1.05。

进一步的，可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐以及氢氧化铝胶体 的摩尔比x:y:z:w为(0.6-0.9)：(0.03-0.15)：(0.01-0.05)：(0.01-0.05)，其 中，x+y+z+w＝1；

优选地，所述可溶性镍盐、可溶性钴盐、和可溶性锰盐均各自独立的 选自硫酸化合物、硝酸化合物或氯化合物中的至少一种；

优选地，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂或醋酸锂中的至少一种。

进一步的，进行共沉淀时，体系的反应温度为50-60℃，pH为10.5-11.5；

优选地，体系的反应物浓度为55℃，pH为11。

进一步的，可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐的混合溶液中，过 渡金属盐的质量浓度为1.5-2.5mol/L，优选为2mol/L；

优选地，氢氧化铝胶体溶液的质量浓度为0.1-0.15mol/L，优选为 0.11mol/L；

优选地，进行共沉淀时，可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐的混 合溶液和氢氧化铝胶体溶液的体积比为3-4:2，优选为3.5:2；

优选地，所述碱溶液包括氨水和/或氢氧化钠溶液；

优选地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3.5-4.5mol/L，优选为4mol/L。