[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域中电池正极材料的制备方法，具体涉及一种锂离子电池正极材料LiNi_1-x-y Co_xAl_yO₂·TiO₂·MgO及其制备方法。

技术背景

LiNiO₂是具有层状结构的过渡金属氧化物，由于其资源丰富、价格低廉、且具有较高的比容量等优点，故被认为是最有希望取代目前已经商业化的LiCoO₂的正极材料之一。但LiNiO₂也存在一些缺点，如：(1)合成具有电化学活性的计最比LiNiO₂非常困难；(2)LiNiO₂因结构不稳定导致容量衰减快；(3)Ni(III)和Ni(IV)的不稳定性造成LiNiO₂的热稳定性差。在LiNiO₂结构中掺入单个元素如Co，Al和Ga等可改善其性能，但单一元素的掺杂往往不能满足要求，只有多元素共同掺杂，才能有效地提高LiNiO₂的综合性能。多元素共同掺杂的LiNiO₂是最有希望的锂离子电池正极材料。

掺钴铝后虽比镍酸锂的制备较为容易，但采用简单易行的传统高温固相法还是易生成非计量比产物、产物重现性和一致性差、难以工业化。主要存在以下问题：(1)在高温合成条件下锂盐容易挥发而导致锂缺陷产生；从Ni²⁺氧化至Ni³⁺存在较大的势垒，其氧化难于完全；高温下LiNi_1-x-y Co_xAl _yO₂会发生相变，易生成非计量比产物。(2)预混匀处理程度有限，产物元素分布不均匀，易造成钴簇的形成导致材料的可逆性差。采用提高温度增加反应时间可以使产物趋向均一，但又会助长非计量比产物的生成。(3)产物颗粒大小、形貌差异较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂适量纳米级二氧化钛和镁粉，在不影响比容量的前提下克服了Ni²⁺氧化至Ni³⁺存在较大的势垒，氧化难于完全的问题；同时解决了高温下LiNi_1-x-y Co_xAl _yO₂会发生相变的问题，以及可逆容量小，材料的循环性能差的问题。

为解决上述技术问题本发明提供一种采用复合氢氧化物共沉淀与前躯体掺杂氧化物及其它物质制备LiNi_1-x-y Co_xAl _yO₂·TiO₂·MgO正极材料的方法。

一种锂离子电池正极材料，所述材料的平均粒径在4到20um之间，BET比表面积在0.2到1.0m²/g之间。

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)按摩尔比Ni∶Co∶Al以0.08～0.94∶0.01～0.15∶0.01～0.05配置Ni²⁺、Co²⁺、Al³⁺混合溶液；

(2)以氨水为络合剂，氢氧化物为沉淀剂，把镍钴铝混合液、氨水和氢氧化物用泵连续的输入到带搅拌装置的反应器中，经过搅拌、沉淀、分离、干燥得其氢氧化物共沉淀前躯体Ni_1-x-y Co_xAl _y(OH)₂，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.05；

(3)将干燥后的氢氧化物前躯体与纳米TiO₂、镁粉颗粒按质量比1∶0.01～0.07∶0.01～0.03在水中超声混合均匀，超声混合的时间为2-6小时；

(4)将与二氧化钛和镁粉混合后的前躯体混合物与锂源化合物混合，锂源化合物与前躯体混合物的摩尔比为1.01-1.12∶1；用聚氨酯球进行球磨，其中聚氨酯球∶锂源化合物和前躯体混合物的质量比为1-4∶1，混合时间为1-6小时；

(5)将步骤(4)中的混合物进行高温焙烧，分两段进行焙烧，第一段煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为4-16h，煅烧气氛为空气，第二段煅烧温度为700-800℃，煅烧时间为6-20h，煅烧气氛为氧气；