[发明专利]一种锂电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池正极材料及其制备方法，所述锂电池正极材料的化学通式为LiNi_xCo_yMn_zO₂·aAl₂O₃·bSiO₂，其中x+y+z＝1，0.80≤x≤0.95，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1。该锂电池正极材料制成的电池的首次库仑效率能达到93.3％及以上，具有较高的首次库伦效率和优异的电学性能。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，特别涉及一种锂电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池产业已经进入快速发展阶段。影响锂离子电池性能的关键材料主要有正极材料、负极材料、电解液等。其中，正极材料是目前限制电池性能的主要因素，同时也是占锂离子电池成本较高的主要因素，接近40％。

正极材料是锂离子电池最为关键的原材料，是锂电池性能的主要影响因数，现在商业化的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。其中三元材料在成本和综合性能方面有着较为突出的优势，已经逐渐成为正极材料的主流产品。三元材料主要有镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂材料，其中钴在三元正极材料中有稳定结构的重要作用，但由于全球金属钴-储量有限，价格昂贵，很大程度上增加了锂离子电池正极材料的原料成本及应用成本。因此电池生产厂商为了控制生产成本，会降低三元材料中钴含量的比例，但一般情况下降低钴含量后晶体结构容易坍塌，进而影响锂离子在充放电过程中脱嵌的可逆性，导致出现极低的首次库伦效率，电学性能较差。

同时，三元材料的合成方法主要包括：固相法、共沉淀法、溶液-凝胶法，固相法工艺简单，成本较低，但电化学稳定性差、颗粒分布不均匀，晶体型貌不规整；共沉淀法工艺相对简单，是目前的主流工艺，其合成主要技术路线为通过共沉淀法得到前驱体，随后再进行热处理过程得到最终产品，但工序较多，共沉淀废水对环境有污染，物料颗粒呈球形，压实密度不高；现有的溶液-凝胶法多采用柠檬酸和氨水，工序较复杂，不方便操作，产品存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩，使形貌和尺寸不一致。且现有的溶胶-凝胶法制备低钴、无钴正极材料时，得到的多孔结构孔径不均匀，且在干燥和烧结过程中，容易产生收缩和坍塌等，影响低钴甚至无钴正极材料的晶体结构和电学性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锂电池正极材料及其制备方法，该锂电池正极材料具有较好的电学性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料的化学通式为LiNi_xCo_yMn_zO₂·aAl₂O₃·bSiO₂，其中x+y+z＝1，0.80≤x≤0.95，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1。

优选的，所述锂电池正极材料由类单晶的团聚体组成，所述团聚体的D50为1.0-5.0μm。

优选的，所述类单晶为片状或块状，所述类单晶的D50为0.1-1.5μm。

本发明的另一个目的在于提供一种上述锂电池正极材料的制备方法：

一种如上所述锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制硅酸乳液，并调节pH至2-3，得到液体A；

(2)向液体A中加入硝酸锂、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰及硝酸铝得到液体B，其中硝酸锂、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰及硝酸铝的加入量按照元素摩尔比为Li:Ni:Co:Mn:Al:Si＝1:x:y:z:2a:b；

(3)向液体B中加入尿素，得到液体C；