[发明专利]一种锂离子电池富锂三元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，具体地，涉及一种锂离子电池富锂三元正极材料及其制备方法。

背景技术

可再生能源储能和电动汽车、以及航天电源等新兴能源产业是我国中长期发展战略中的重要内容，受国家政策的引导和扶持正在得到飞快发展。受此恩惠，锂离子电池行业也得到了前所未有的关注和发展。锂离子电池技术自上世纪九十年代问世以来，经过十几年的飞速发展，目前技术已经比较成熟，电池制备工艺已日益精确与完善。但是，新能源产业对锂离子电池在比能量、比功率、寿命上的要求越来越高，现有的电池体系已很难满足这些要求。所以，开发下一代锂离子电池体系和材料成为学术界和产业界最为关注的领域之一，其中，高比能正极材料的开发无疑是重中之重。

正极材料是影响锂离子电池的能量密度、比能量、寿命等性能的最为关键的因素之一。在现有的正极材料中，层状结构正极材料依然是主流。第一代层状材料LiCoO₂的电化学稳定性好，循环性能优异，但容量仅为其理论容量的50% (~140mAh/g)，且存在着资源和安全性等重大问题；LiNiO₂比容量最高，但合成困难，并存在较大的安全隐患；LiMnO₂热稳定性良好且价格便宜，但是充放电过程中的明显相变导致其循环稳定性很差。多元层状正极材料、如LiCo₁/3Ni₁/3Mn₁/3 O₂，LiNi_0.8Al_0.2O₂，综合了现有层状结构材料的优势，达到了160 mAg/g的比能量，但是材料中的高Co、Ni含量仍然存在成本、资源等问题，安全性、也是该材料致命的缺点。尖晶石型的LiMn₂O₄ 和橄榄石型的LiFePO₄因为高安全性、廉价而受到动力电池的亲昧，已得到商业化的应用，但是相对低的比能量或比功率成为这二个材料最致命的缺点，阻碍了这二个材料的应用领域。

我国在航天电源应用上提出了在2015年达到230 wh/kg的能量要求，另外，在动力电池上，我国和日本等制定了比能量在2020年要高于200 wh/kg的目标。要完成这些电池指标，比容量指标高于220 mAh/g以上的正极材料开发成为当务之急。

因此，开发找到一种可以稳定合成富锂三元正极材料的方法是此材料发展的第一步。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于锂离子电池的富锂三元正极材料及其制备方法，原材料廉价易得，微观形貌规整均匀，所制得的富锂三元充放电性能突出，容量较高。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法，其中，该方法包含：步骤1，合成制备前驱体粉体；步骤2，将所得的前驱体粉体在600℃~800℃温度下煅烧2~5小时，得到粒径为1μm~3μm的球形离子孔洞结构的M₃O₄粉体；步骤3，将M₃O₄粉体与碳酸锂按质量比1:0.729均匀混合，然后在900℃温度下保温8h，冷却后研磨得到单晶粒径为200nm、二次颗粒成球的富锂三元正极材料。

上述的锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法，其中，所述的步骤1包含：将锰源化合物、钴源化合物、镍源化合物按5:1:1的摩尔比配置为1mol/L~1.1mol/L的水溶液，碳酸盐单独配置为1mol/L~1.1mol/L的水溶液，向反应容器内滴加等体积的锰镍钴源溶液及碳酸盐水溶液，滴加过程中保温为50℃，陈化12小时，过滤后40℃干燥，得到MCO₃前驱体粉体。

上述的锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法，其中，所述的滴加等体积的锰镍钴源溶液及碳酸盐水溶液，其过程为：先同时滴加锰镍钴源溶液和碳酸盐水溶液，碳酸盐溶液的加入速度为锰镍钴源溶液的2倍，滴加至反应容器内溶液pH=10，停止滴加碳酸盐溶液，锰镍钴源溶液继续滴加至反应容器内溶液pH回复到7.0，再次滴加碳酸盐溶液，直至使同等体积的溶液完全滴入反应容器。

上述的锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法，其中，所述的M为Mn、Co、Ni中的任意一种。

上述的锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法，其中，所述的锰源化合物为硫酸锰。

上述的锂离子电池富锂三元正极材料的制备方法，其中，所述的钴源化合物为硫酸钴。