[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

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，具体涉及锂离子电池正极材料Li_1.3-xNa_xCo_1-y-zNi_yMn_zO₂及其制备方法，属于锂离子材料技术领域。

背景技术

地球温室气体的主要来源之一是城市汽车尾气排放，汽车尾气排放也是城市空气污染的主要来源。解决的途径之一就是电动汽车的使用，以电动汽车取代传统概念上的汽车。锂离子电池是电动汽车动力电池的主要候选者，也是最有竞争力的候选电池体系。目前，锂离子电池的正极材料以钴酸锂、锰酸锂为主，而负极材料则以碳基材料为主。钴酸锂的价格比较高，安全性较差，且地球上的钴资源十分有限，因此，钴酸锂不适于作为生产锂离子电池正极材料大量使用。锰酸锂的缺点是高温下循环寿命差。此外，在研的作为动力型锂离子电池正极材料使用的候选材料还包括：橄榄石结构磷酸盐系列材料，镍酸锂，磷酸钒锂以及钒氧化物等。橄榄石结构磷酸盐材料中，磷酸铁锂的缺点是批量生产中产品性能不稳定，并且还具有工作电压低、堆积密度小等缺点，这些会导致能量密度低。磷酸锰锂的生产工艺还需进一步完善，其循环性能也较差。磷酸钴锂的价格较高，且循环稳定性较差。磷酸镍锂的电化学性能还不十分清楚，即使它有应用前景，但是目前还没有相匹配的电解液。镍酸锂的缺点在于其制备工艺繁琐且难控制。磷酸钒锂的综合电化学性能较好，但是环境污染较大，毒性较高。钒氧化物系列材料的性能还需进一步完善，特别是循环稳定性。

富锂层状固溶体系列材料很有可能成为下一代锂离子电池正极材料的首选，它具有容量高、价格适中、循环寿命长、工作电压适中、荷电状态容易判断等优点。

中国专利文献CN102332578A（申请号：201110281767.2）公开了一种高容量锂离子电池正极材料的制备方法，包括: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，配成金属离子总浓度为0.5-3mol/L的混合溶液；2)将碳酸钠溶于水,配成浓度为0.2-2mol/L的溶液；3)将过量的碳酸钠溶液和氨水并流滴入步骤1)中的混合溶液中,搅拌,生成沉淀；4)将沉淀过滤、洗涤、烘干得到碳酸盐沉淀前驱体；将摩尔比为1:(4/3-x)的碳酸盐沉淀前驱体与锂盐混合，在球磨介质中球磨一段时间后高温焙烧一定时间，冷却至室温，制得Li4/3-x[NixMn2/3-xCox]O2系列材料。由该方法制得的材料制备电极，存在放电容量不高，电极循环性能较差，无法满足市场需求的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池正极材料Li_1.3-xNa_xCo_1-y-zNi_yMn_zO₂及其制备方法。

一种锂离子电池正极材料，结构式如下：

Li_1.3-xNa_xCo_1-y-zNi_yMn_zO₂

其中，x=0.001～0.5，y=0.1～0.8，z=0.3～0.8，且y＋z=0.4～0.9。

根据本发明优选的，所述x=0.3～0.5，y=0.3～0.5，z=0.4～0.6，且y＋z=0.8～0.9。

上述锂离子电池正极材料的制备方法，步骤如下：

按锂、钠、钴、镍、锰元素摩尔比（0.8～1.56）:（0.001～0.5）:（0.1～0.6）:（0.1～0.8）:（0.3～0.8）称取钠盐、钴盐、镍盐、锰盐和锂盐，混合均匀后在保护气存在的条件下，250～300℃烧结3～7小时，自然冷却后混合研磨均匀，再在保护气存在的条件下，500～900℃烧结12～36小时，得烧结产物，然后经后处理工艺制得锂离子电池正极材料。

根据本发明优选的，所述锂、钠、钴、镍、锰元素摩尔比为（0.88～1.2）:（0.3～0.5）:（0.1～0.2）:（0.3～0.5）:（0.4～0.6）。锂盐过量添加是为了弥补制备过程中锂盐的损失。

根据本发明更优的，所述锂、钠、钴、镍、锰元素摩尔比为1.2：0.3：0.2：0.3：0.6。

根据本发明更优的，所述锂、钠、钴、镍、锰元素摩尔比为0.88：0.5：0.3：0.1：0.6。

根据本发明优选的，所述的锂盐为碳酸锂、醋酸锂、柠檬酸锂中的一种或者两种以上以任意比混合的混合物。