[发明专利]锂离子电池用复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池材料，特别涉及一种复合正极材料Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂·(b)MO及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小等优点，被认为是新能源汽车的首选能源。目前商品化的锂离子电池的正极材料有钴酸锂LiCoO₂、尖晶石锰酸锂LiMn₂O₄、磷酸铁锂LiFePO₄以及多元素材料Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂。

其中钴酸锂LiCoO₂由于钴元素的匮乏，以及材料本身性能的缺陷，不可能用于新能源汽车。尖晶石锰酸锂LiMn₂O₄由于其高温性能较差，不能满足新能源汽车对寿命的要求，目前在新能源汽车中的大规模应用还存在一定的距离。磷酸铁锂LiFePO₄由于其高安全性、长循环寿命的优点，被认为是新能源首选材料之一，但其存在致命的缺陷：能量密度低，目前该材料不能满足下一步新能源汽车对能量密度的要求，是阻碍该材料在新能源汽车中大规模应用的最大因素。而对于多元素材料Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂而言，其能量密度高、安全性能好，完全满足新能源汽车队能量密度、安全性能的要求，但是该材料由于高化合价金属离子的存在，易和电解液发生恶化反应，导致电池循环寿命和高温性能差。

因此，通过避免多元素材料Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂和锂离子电池电解液的直接接触，减少电池中的恶化反应，提高电池的循环寿命和高温性能，才能满足新能源汽车对能源系统的要求。

发明内容

为避免多元素材料Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂和锂离子电池电解液的直接接触，减少电池中的恶化反应，本发明提供一种采用湿法工艺在锂离子电池用多元素材料Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂表面复合一层金属氧合物的复合正极材料的制备方法。

本发明复合正极材料的化学式为：Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂·(b)MO，其中0.005≤b/a≤0.1。

本发明复合正极材料的制备方法如下：

1、多元素材料的包覆：

将多元素材料Li_aNi_xCo_yMn_1-x-yO₂倒入反应釜中，再加入其质量1-10倍的去离子水，制备成母液A；将含有Al、Ti、Cr、Mg、Zn或其中一种或多种金属元素可溶性盐作原料，加入去离子水，配制成1-3mol/L的溶液B；然后将溶液B、适量的络合剂和沉淀剂按照一定的流量加入母液A中，反应2-15h，进行共沉淀、过滤、洗涤，干燥后得到表面包覆氢氧化物的多元素材料；反应时，控制反应釜的转速、溶液的pH值和温度。

金属元素的可溶性盐包括硫酸盐、氯化盐和硝酸盐，金属元素同Li元素的摩尔比为0.005-0.1；络合剂是1-9mol/L的氨水溶液；沉淀剂是1-5mol/L的NaOH或KOH溶液。反应釜的转速200-3000转/分钟；溶液的温度为10-100℃，pH值为7.5-12.5。溶液B、络合剂、沉淀剂的流量分别为0.05-20L/min、0.05-25L/min、0.05-25L/min。

2、多元素材料的复合

将表面包覆氢氧化物的多元素材料放入高温炉，在150-500℃烧结4-20h，经冷却、粉碎、筛分后可得到表面复合金属氧化物的多元素材料。

本发明的优点是：