[发明专利]一种掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂、其制备方法及包含其的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料，具体涉及一种类球形掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂、其制备方法以及含有该材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是现在普遍使用的二次电池，锂离子电池因其使用电压高、能量密度高、循环寿命长等特点，经过十多年的发展，已经广泛应用于各类便携式数码产品上，现在的手机电池、摄像机等电子设备普遍使用的都是锂离子电池。随着这些机器更进一步高效能化，要求锂离子电池具有更高的容量。为此目的技术人员通常对正极材料、负极材料进行多种性能改进。现有的锂离子电池使用的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂，但它们都有各自的缺陷，现有的电子设备对电池能量密度要求越来越高，这些材料难以满足现有的能量密度。

层状的镍钴锰酸锂材料，其中镍、钴、锰为同周期相邻元素，其半径相近，能以任意比例混合而且保持结构稳定，具有很好的结构互补性，较好的兼备了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂的优点，具有高比容量，低成本和循环性能稳定，安全性能好等特点，被视为下一代锂离子电池正极材料的理想之选。目前的镍钴锰酸锂材料最大的缺陷是压实较低，难以满足消费类电池能量密度日益提高的要求。由于钴酸锂是现有材料中压实最高的，就会引发在镍钴锰酸锂中掺杂一定量的钴酸锂以提高压实的思路，但实际上制备好的镍钴锰酸锂和钴酸锂简单物理混合，压实提升有限，压实还是较低。况且分别合成镍钴锰酸锂和钴酸锂再混合后成本太高。

发明内容

针对上述锂离子电池正极材料压实和克容量难以兼顾的问题，本发明的第一个目的是提供一种类球形掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂，该材料不仅容量高，压实高，而且成本有优势，对锂离子电池能量密度的提升具有很大的意义。解决了锂离子电池既提高容量、又不增加体积的矛盾问题。

本发明的第二个目的是提供一种类球形掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂的制备方法。本文提供了一种镍钴锰酸锂中掺杂钴酸锂的制造方法，本发明的第三个目的是提供一种高容量、高循环性能的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明公开了一种掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂，所述镍钴锰酸锂由下式所示：(1-m)LiNi_xCo_yMn_zO₂·mLiCoO₂

其中x为0.4～8，y为0.1～0.3，z为0.1～0.4，x+y+z＝1，m为0.1～0.4。

进一步地，所述镍钴锰酸锂由下式所示：

0.786LiNi_0.571Co_0.208Mn_0.221O₂·0.214LiCoO₂。

本发明还公开了一种掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

a)将镍盐、锰盐、钴盐按一定摩尔比的用量混合并将其溶解；

b)用氢氧化物溶液滴定步骤a)所得混合溶液，一边滴定一边搅拌，滴定完之后得到球形的氢氧化镍钴锰的前驱体；

c)将步骤b)所得前驱体洗涤，洗涤完的前驱体在一定温度下烘干；

d)将步骤c)所得物料和Co₃O₄和Li₂CO₃按一定比例混合，在高温下煅烧得到一种形貌类球形的掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂。

进一步地，步骤a)所述镍盐为硫酸镍，所述钴盐为硫酸钴，所述锰盐为硫酸锰。

进一步地，步骤a)所述镍盐、锰盐、钴盐按一定摩尔比的用量混合并将其溶解，混合溶液的总摩尔浓度控制在0.5～1.5mol/l。

进一步地，步骤b)所述氢氧化物选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；所述氢氧化物溶液浓度控制在0.2～0.5mol/l；所述用氢氧化物溶液滴定控制在一秒钟左右一滴。

进一步地，步骤c)所述前驱体洗涤，为确保洗涤彻底，洗涤完的溶液用酚酞滴定不显色；所述洗涤完的前驱体在一定温度下烘干是在50～100℃的环境下烘干。

进一步地，步骤d)所述按一定比例混合为质量比1:1.5；所述高温为500～800℃。

本发明还公开了一种包含由上述任意方法制备的掺杂钴酸锂的镍钴锰酸锂材料的锂离子电池。