[发明专利]锂离子电池正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因为高的工作电压，高能量密度，无记忆效应，循环寿命长， 自放电低，环境友好等优点在众多储能电池中脱颖而出，成功地被应用在手机、 相机、笔记本电脑等数码产品以及其他便携式的电子设备中，在不久的将来有 望被广泛应用于动力汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)和航空航天等领域。

随着能源与环境问题的日益严重以及数码产品的更新换代，其对锂离子电 池的能量密度要求越来越高。正极材料是决定锂离子电池能量密度的关键性材 料。要提高锂离子电池的能量密度主要有两个途径：一个是提高材料的比容量， 另外一个途径就是提高材料的充放电电压。

常见的正极材料有LiCoO₂、LiNi_0.8Co_0.2O₂、LiNi_l/3Co_l/3Mn_1/30₂和LiFePO₄等，放电电压平台低于4V，要获得高电压，需串联多只单体电池，导致维护不 便、安全性能不好等问题，还会影响电池的功率密度和能量密度。LiMn₂O₄放电 电压虽有4.1V，但存在Jahn—Teller效应，导致容量及循环稳定性都不理想。 过度金属掺杂尖晶石型锰酸锂LiMn_2-xM_xO₄(M＝Ge,Fe,Co,Zn,Ni,Cr,Cu)拥有5 V左右的高电压平台，且容量较高。其中，尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄与锰酸锂一 样是具有三维锂离子通道的正极材料，可逆容量为146.7mAh/g，与锰酸锂的差 不多，但电压平台为4.7V左右，比锰酸锂的4V电压平台要高出15％以上，且 高温下的循环稳定性也比原有的锰酸锂有了质的提升，被认为是一种有潜力的 高能量密度锂离子电池正极材料。然而，LiNi_0.5Mn_1.5O₄在充放电循环中，和 LiMn₂O₄一样，可能发生的Mn的溶解和材料颗粒的崩裂，恶化了的循环稳定性。

发明内容

基于此，有必要提供一种循环稳定性能较好的锂离子电池正极材料、其制 备方法及锂离子电池。

一种锂离子电池正极材料，所述锂离子电池正极材料的化学式为 LiNi_0.5-yMn_1.5-2yAl_2yO₄，其中0<y≤0.3。

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将镍源、锰源及铝源按照锂离子电池正极材料的化学式中各元素的化学计 量比混合后加入有机溶剂后进行球磨得到混合物，所述锂离子电池正极材料的 化学式为LiNi_0.5-yMn_1.5-2yAl_2yO₄，其中0<y≤0.3；

将所述混合物在有氧气氛中加热至550℃～700℃，恒温煅烧2小时～10小时 得到中间产物；

将所述中间产物与锂源按照镍源和锂源中镍与锂的摩尔比为(0.5-y)：1～ (0.5-y):1.1混合后球磨得到预混料；

将所述预混料在有氧气氛中，先加热至400℃～600℃恒温煅烧2小时～12小 时，再加热至750℃～900℃恒温煅烧2小时～24小时，然后降温至500℃～600℃ 下退火处理2小时～24小时，冷却后得到所述锂离子电池正极材料。

在其中一个实施例中，所述镍源选自镍的氯化物、镍的氧化物、镍的硫酸 盐、镍的硝酸盐及镍的醋酸盐中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述锰源选自锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸 盐、锰的硝酸盐及锰的醋酸盐中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述铝源选自氢氧化铝、硝酸铝、硫酸铝及氯化铝 中的至少一种。

在其中一个实施例中，将所述混合物在有氧气氛中加热至550℃～700℃时的 升温速率为1℃/min～10℃/min。