[发明专利]一种复合多元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，特指一种复合多元锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有工作电压高，体积能量密度高以及无记忆效应等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动工具和数码产品中。近年来，随着各种电子产品的智能化，小型化和多功能化，对锂离子电池的体积能量密度提出了更高的要求，以满足更长的待机时间需求。

三元镍钴锰酸锂正极材料具有在高电压下可继续脱出结构中锂离子的能力，因而提高电池的充电电压可以在不增加正极活性物质用量及比例的前提下，显著提高材料的克容量，是一种有效的提高锂离子电池的体积能量密度的方法。以扣式电池CR2032为例，截止电压若设置成4.25V，1C电流下正极材料的克容量约为150mAh/g，而当截止电压提高到4.40V时，1C克容量约为170mAh/g。

但是，随着截止电压的提升，三元材料的循环性能亟待提高。通常采用表面包覆的方法将正极与电解液隔开，减少界面反应，降低电解液对正极活性物质的侵蚀，抑制金属离子溶出，从而改善材料的循环性能。

发明内容

本发明提供一种复合多元锂离子电池正极材料及其制备方法。

1、一种复合多元锂离子电池正极材料及其制备方法，该材料具有以下化学式组成：Li_1+zNi_1-x-yCo_xMn_yM_zO_2+2z，(0＜x，y＜1；0＜z＜0.2)，M为复合的金属或非金属，包括Al、Si、Zn、Zr、Ti、Sn、Mg中一种或几种；其物理组成为以层状的LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂为核心，包覆一层具有同样层状结构的LIMO₂，同时部分LiMO₂渗入到LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂结构中，由里向外形成由少到多的梯度性掺杂。

2、本发明的复合多元锂离子电池正极材料的制备方法为：

1)、根据x，y的计量比，以镍钴锰的硫酸盐溶液为原料，分别以氨水和氢氧化钠为络合剂和沉淀剂，按照共沉淀法制备多孔的镍钴锰的氢氧化物前驱体，其化学式组成为：Ni_1-x-yaCo_xMn_y(OH)₂，(0＜x，y＜1)；

2)、通过醇盐或无机盐水解法或沉淀法在上述前驱体表面包覆一层金属M的氢氧化物或碳酸盐纳米颗粒，Ni_1-x-yaCo_xMn_y(OH)₂前驱体与金属M的摩尔比为1：(0-20％)，优选地该比例为1∶(0.1％-2％)，得到包覆后的复合前躯体；

3)、将上述复合前驱体与锂盐按摩尔比1∶(1.05-1.2)均匀混合后高温下保温烧结，冷却后得到复合多元锂离子电池正极材料，其化学式为：LiNi_1-x-yCo_xMn_yM_zO_2+0.5z，(0＜x，y＜1；0＜z＜0.2)。

3、上述1中所述复合多元锂离子电池正极材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yM_zO_2+0.5z的粒径为：d₅₀＝0.5-12μm，包覆和掺杂的层状结构的LIMO₂的粒径不大于500nm。

4、上述2中所述金属M的氢氧化物或碳酸盐纳米颗粒的粒径不大于500nm。

5、上述2中所述镍钴锰的氢氧化物前驱体Ni_1-x-yaCo_xMn_y(OH)₂为由d₅₀＝20-500nm的一次晶粒团聚而成的d₅₀＝0.5-12μm的球形或类球形多孔颗粒，孔径为50-500nm，孔隙率在20％-70％。

6、上述2中所述锂盐为纯度为99.5％以上的电池级碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或几种的配合物。