[发明专利]一种钛酸锶改性镍钴锰酸锂正极材料及包含它的锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体是一种钛酸锶改性镍钴锰酸锂正极材料的制备方法、制备的正极材料及包含它的锂离子电池，其是稀土元素掺杂钛酸锶改性和大小颗粒混掺的镍钴锰酸锂正极材料。本发明的优在于：此方法采用稀土元素掺杂钛酸锶改性和大小颗粒混掺，对前驱体的要求不高，因此制备出的前驱体粒径分布宽，也有利于后期形成大小颗粒混掺的三元材料，因而本发明的制备方法中可以不用氨水作为络合剂，避免了氨水为络合剂对工作人员的安全健康的损害并且降低了废水的治理费用。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种镍钴锰酸锂正极材料及包含它的锂离子电池。

背景技术

为了能逐步解决制约当前经济发展的能源短缺、温室气体及大气污染这三大问题，锂离子电池作为一种能源储存设备，由于具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无环境污染等优点。近十年在技术、生产、市场上获得了快速发展，已经形成了一个大的新兴产业，越来越受到各方面的重视。新能源电动汽车续航里程、快充技术及其安全性能的提高，要求电动汽车所配锂离子电池具有锂离子电池具有更高的能量密度、大的倍率性能、高的安全性能及其长的使用寿命。

锂离子电池正极材料是锂离子电池四个重要组成部分之一，对锂离子电池的电化学性能和安全性能起到了至关重要的作用。目前已经产业化的正极材料主要有LiCoO₂、LiFePO₄、Li₂MnO₄和三元正极材料。镍钴锰酸锂三元正极材料以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴，成本方面优势非常明显，和其他锂离子电池正极材料锰酸锂、磷酸亚铁锂相比，镍钴锰酸锂材料和钴酸锂在电化学性能和加工性能方面非常接近，使得镍钴锰酸锂材料成为新的电池材料而逐渐取代钴酸锂，镍钴锰三元材料是新一代锂离子三元正极材料研究的热点之一。三元材料分子式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，外观为黑色固体粉末，流动性好，无结块物相；符合纯相LiNiO₂结构，而且可以根据应用需要灵活调整镍、钴、锰三种元素的比例。具有以下性能特点：(1)高能量密度，理论容量达到280mAh/g，产品实际容量超过150mAh/g；(2)循环性能好，在常温和高温下，均具有优异的循环稳定性；(3)电压平台高，在2.5-4.3/4.4V电压范围内循环稳定可靠；(4)热稳定性好，在4.4V充电状态下的材料热分解稳定；(5)循环寿命长，1C循环寿命500次容量保持80％以上；(6)晶体结构理想、自放电小、无记忆效应等突出优点。

目前的三元正极材料制备方法主要是通过将镍、钴、锰盐混合，并添加锂盐进行烧结制备而成，其存在晶格结构变化等缺陷，尤其是高镍三元正极材料，由于材料表面微结构在首次充电过程中的变化，造成三元材料的电池首次充放电效率不高，首效一般都小于90％。在循环过程中会与有机电解质中的HF发生副反应，造成Ni和Mn的溶解，从而影响了其电性能，同时材料中的锂离子含量不足，会影响材料的首次效率及其倍率性能等电化学性能。