[发明专利]一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是继铅酸电池、镍镉电池以及镍氢电池之后新一代二次电池。在全球面临石油资源的持续紧缺和环境不断恶化的今天，锂离子电池由于具有容量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、无环境污染和安全性能好等优点，已经成为高新技术发展的重点之一，被认为是高容量、大功率电池的理想之选，是21世纪的环保电源。可充电锂离子电池自1990年开始商业化以来，其应用范围被不断拓展，从移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备领域到电动汽车以及未来的航空航天、人造卫星等诸多领域都将得到广泛应用。目前，人们已经开始致力于研究新型的可充电锂离子电池，可供混合动力电动汽车、可充电混合动力车和纯电动车辆等交通工具使用，从而减少对石油的依赖和缓解空气污染。要满足这种应用，锂离子电池须具备高的功率密度、高的能量密度和良好的循环性能。从根本上讲，正极材料作为锂离子电池的最重要组成部分，是锂离子储能器件发展的关键。高Mn含量的材料由于其较低的成本和高安全性成为研究的热点。已报道的具有尖晶石结构的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料在4.7V有一个稳定的电压平台，并且具较好的循环性能，但是其放电比容量较低。而锰基固熔体层状材料Li_1+z[Ni_1-x-yM_xMn_y]_1-zO₂由于其不同寻常的电化学性能，比如高比容量、以及新的电化学充放电机制等正成为世界范围内的研究热点之一。但是通过研究同时发现层状的部分锂锰氧化物由于结构的不稳定性制备十分困难，而且在电化学循环过程中材料的结构不断发生微小的不可逆变化，这些变化的积累影响了材料的使用寿命。这种材料的缺陷在商业化大规模生产中是不被允许的，制约了该种材料的商业化发展。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料可以在高电压下适用，使其既可以发挥固熔体的高比容量特性又提高材料的循环稳定性，同时降低产品成本，提高产品的批次稳定性能。

本发明的技术方案：

一种高电压锂离子电池正极材料，为层状与尖晶石复合结构固熔体材料，其分子式为Li_xNi_0.25-zMn_0.75-zM_2zO_y，其中：M为掺杂金属Co、Al、Cr、Mn和Ga中的一种或两种；0＜x＜2；2≤y≤3；0＜z≤0.25。

一种所述高电压锂离子电池正极材料的制备方法，步骤如下：

1)将可溶性的镍盐、锰盐和掺杂金属M盐按摩尔比为0.25-z∶0.75-z∶2z(0＜z＜0.25)的比例溶于去离子水中配制成浓度为0.5-2.5M的盐溶液，搅拌使其充分混匀得到混合盐溶液；

2)分别配制浓度为2-10M的NaOH水溶液和浓度为10M的氨水，氢氧化钠水溶液与氨水按体积比7∶1混合制得氢氧化钠-氨水混合水溶液，然后用蠕动泵将配好的混合盐溶液以0.1-10L/h的速率泵入反应釜中并进行搅拌，同时通过控制NaOH氨水水溶液的流速使混合溶液PH值为10-12，搅拌速度为200-1000rpm，待配好的盐溶液全部加入反应釜后继续搅拌并陈化24h，然后将得到的固液混合物离心过滤分离，用去离子水洗涤固体物至中性后，在80-200℃下烘干4-10h，得到分子式为Ni_0.25-zMn_0.75-zM_2z(OH)_y(M＝Co、Al、Cr、Mn、Ga；2≤y≤3；0＜z＜0.25)的前驱体；

3)将上述前驱体与锂源按1∶0.01-2.0的金属离子摩尔比混合均匀，先于400-600℃下预烧4-8h，冷却至室温后研磨成粉末过200目筛，再在800℃-1200℃下煅烧10-20h，冷却至室温后经研磨过200目筛，即可制得层状与尖晶石复合结构固熔体材料Li_xNi_0.25-zMn_0.75-zM_2zO_y(M＝Co、Al、Cr、Mn、Ga；0＜x＜2；2≤y≤3；0＜z＜0.25)。

所述掺杂金属M为Co、Al、Cr、Mn和Ga中的一种或两种任意比例的组合。