[发明专利]一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料，特别是涉及一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，锂离子动力电池的正极材料主要采用锰酸锂、磷酸铁锂或多元氧化物正极材料，其中尖晶石型锰酸锂具有较高的电压平台、良好的安全性能和低廉的价格，但该材料克容量较低（在实际电池中为100-110mAh/g），高温循环稳定性和贮存性能较差，还需继续改进，目前常与其他高容量正极材料混用；磷酸铁锂由于具有高安全性能、资源丰富而备受人们的关注，但该材料电导率、容量、压实密度、涂覆性能等尚有待不断研发、提高；目前商业化的多元材料主要包括LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂几种组分的材料，它们由于具体较高的能量密度而引起了人们的极大兴趣，但相对于锰酸锂和磷酸铁锂，其安全性和价格问题仍需改善。以上几种材料尽管都在动力电池中获得了应用，且有一定发展空间，但受限于它们的工作原理，无法满足下一代能量密度更高的动力电池对正极材料的要求。

系列锂离子电池正极材料Li_4/3-x[Ni_xMn_2/3-xCo_x]O₂（0≤x＜1/3）的结构类似于LiCoO₂。该材料首次充放电时在4.6V左右有一个脱锂伴随脱氧的平台，从而使得该材料在放电过程中表现出较高的比容量，可高达250mAh/g以上，是目前所用正极材料实际容量的两倍左右。同时由于材料中使用了大量的Mn元素，与LiCoO₂和三元材料Li[Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3]O₂相比，不仅价格低，而且安全性好、对环境友好。因此xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂·(1-x)LiMnO₂材料被许多专家学者视为下一代锂离子动力电池正极材料的理想之选。                                                                   

目前，高容量锂离子电池正极材料Li_4/3-x[Ni_xMn_2/3-xCo_x]O₂的制备多采用通过先制备复合过渡金属离子的氢氧化物前驱体，再将其配锂进行焙烧获得产品，但由于Mn(OH)₂的不稳定性，很容易被氧化为三价的MnOOH，甚至氧化为四价的MnO₂，造成前驱体组分不均匀，导致在烧结过程中形成杂相，影响合成材料的电化学性能。Li_4/3-x[Ni_xMn_2/3-xCo_x]O₂材料由于具有较高的锰含量，所以用氢氧化物共沉淀不可避免地会造成有部分锰被氧化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法，解决氢氧化物共沉淀法制备高容量锂离子电池正极材料Li_4/3-x[Ni_xMn_2/3-xCo_x]O₂过程中Mn(OH)₂的不稳定性可能引起产物中存在杂项的问题。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种高容量锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将摩尔比为x：(2/3-x）：x的可溶性镍、锰、钴的化合物溶于水，配制成金属离子总浓度为0.5-3摩尔/升的混合溶液，其中 0≤x＜1/3；

2）将碳酸钠溶于水，配制成浓度为0.2-2摩尔/升的溶液；

3）采用碳酸钠作为沉淀剂、氨水调节pH值，将过量的碳酸钠溶液和氨水并流滴入所述步骤1)中的混合溶液中，同时搅拌，生成沉淀；