[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料领域，更具体地说，本发明涉及一种具有理想循环稳定性和克容量的掺杂钇的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着智能电子产品和电动交通工具的广泛应用，对储能电池的能量密度和续航时间的要求也越来越高。但是目前的锂离子电池的放电比容量均未突破200mAh/g，模块能量密度为100～150Wh/kg，难以满足人们的使用需求。因此，富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂凭借其超高的比容量(大于250mAh/g)和较高的工作电压平台(3.8V)以及高热稳定性且绿色环保等优点引起了各国研究者们的关注。但是，富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂同时也存在首次充放电库伦效率低、倍率性能差、循环过程中容量和电压衰减快等缺陷，严重阻碍了其商业化进程。

针对上述问题，目前主要是从改善材料结构稳定性角度考虑，具体分为表面包覆和元素掺杂。表面包覆虽然可以缓解富锂材料在高截止电压下与电解液的副反应，保护材料不被电解液腐蚀，但是无法从根本上解决富锂材料在锂离子脱嵌时其层状结构发生的坍塌而引起电池性能的急剧恶化；而且表面包覆还容易出现厚度不均、包覆不彻底、环境污染等问题。元素掺杂将阴阳离子引入材料晶格中，可从根本上增强富锂材料的结构稳定性和电子电导性，同时半径较大的阳离子掺杂还可拓宽锂离子扩散通道，从而提高材料的电化学性能。

常见的元素掺杂多为掺杂Mg²⁺、Al³⁺、Mo³⁺，稀土元素掺杂方面的研究较少。有人采用固相法掺杂稀土元素镧/铈，但是固相法容易出现原料混合不均的问题，导致掺杂元素分布不均一；还有人采用燃烧法制备掺杂稀土元素镧/钐的富锂材料，但是该方法是利用乙酸或硝酸镍钴锰锂盐与乙醇在高温下点燃，此反应很难控制，不适合工业化生产。

有鉴于此，确有必要提供一种理想的锂离子电池正极材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有富锂材料存在的循环稳定性差、掺杂稀土元素时存在的掺杂元素分布不均、不适合工业化生产等问题，提供一种具有理想循环稳定性和克容量的掺杂钇的锂离子电池正极材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)配置高分子溶液，加入稀土元素化合物、镍钴锰盐、锂源化合物和草酸/草酸铵/草酸氢铵；调节pH，得到混合溶液；

(2)步骤(1)所得混合溶液经干燥、高温焙烧，得到锂离子电池正极材料。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述高分子溶液包括瓜尔豆胶、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、白油、卵磷脂、聚丙烯酸、聚乙二醇中的一种或几种的混合。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述稀土元素化合物为钇化合物、镧化合物、钐化合物或铈化合物。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述钇化合物为氧化钇、硝酸钇、硫酸钇中的一种或几种。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述镍钴锰盐为镍钴锰硝酸盐、镍钴锰硫酸盐、镍钴锰乙酸盐中的一种或几种。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述调节pH至6～8。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述调节pH是通过添加氨水调节。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述干燥是喷雾干燥，喷雾流量为600～1000ml/h，进口温度为170±30℃，出口温度80±20℃。

作为本发明锂离子电池正极材料的制备方法一种改进，所述高温焙烧的温度为800～1000℃。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种锂离子电池正极材料，其化学式为Li_1.4Ni_0.15Co_0.15Mn_0.7-xY_xO₂，0＜x≤0.1，其制备方法包括如下步骤：

(1)配置高分子溶液，加入稀土元素化合物、镍钴锰盐、锂源化合物和草酸/草酸铵/草酸氢铵；调节pH，得到混合溶液；

(2)步骤(1)所得混合溶液经干燥、高温焙烧，得到锂离子电池正极材料。