[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池正极材料，其化学式为：Li_1+nNi_0.8+xCo_0.2‑x‑yAl_yM_zO₂，其中x+y+z＜0.2，0≤x＜0.2，0.01≤y≤0.05，0.01≤z≤0.05，‑0.1≤n≤0.1；M为钴、铝、镁、钛、锆、硼中的一种或几种；所述锂离子电池正极材料由单晶形貌的镍钴铝酸锂颗粒与球形形貌的镍钴铝酸锂颗粒混合组成，所述球形形貌的镍钴铝酸锂颗粒中位径为8～15μm，所述单晶形貌的镍钴铝酸锂颗粒中位径为0.5～6μm。本发明还提供一种锂离子电池正极材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、电压平台高、环境污染小等优点，广泛用于手机、笔记本、电动工具等领域。目前商业化的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂，然而，这些正极材料的锂离子电池的能量密度较低，难以满足锂离子电池的广泛应用。人们经过研究发现，镍钴铝酸锂正极材料具有容量高的优点，能够提高锂离子电池的能量密度。

镍钴铝酸锂是以正极材料LiNiO₂为基础，对其进行Co、Al共掺杂得到的，通过Co、Al的掺杂，改善了LiNiO₂本身存在阳离子混排、锂离子脱嵌过程中的结构相变和稳定性差等方面的缺点，提高了镍钴铝酸锂的结构稳定性。现有技术中，镍钴铝酸锂的合成多以球形形貌为主，因为球形形貌在一定程度上可以提高材料的振实密度与涂布时浆料的流动性，但是球形形貌的镍钴铝酸锂制备的正极片容易引发电池在高温循环过程中容量的大幅衰减，降低了锂离子电池的循环性能。

为克服上述问题，目前还存在一种改进技术，将不同粒径和形态的单晶、类单晶和团聚体进行混合，提高材料的空间利用率和压实密度。如申请号为201410050211.6的中国发明专利“一种锂离子电池三元正极材料的制备方法”，其先通过锂源和前驱体制备团聚体材料A，然后再通过锂源和前驱体制备单晶或类单晶材料B，然后将团聚体材料A与单晶或类单晶材料B混合均匀烧结后形成材料C，在材料C的粉体外包裹一层包覆物，即得到锂离子三元正极材料。通过将不同粒度和形态的团聚体和单晶或类单晶三元材料进行级配，单晶颗粒能够有效填充在团聚体的颗粒之间，提高材料的空间利用率和压实密度，进而提高了材料的体积能量密度和电池的安全性。但是，在制备团聚材料A和单晶或类单晶材料B时，采用一步热处理，而在元素包覆前后又进行了多次热处理，增加了制造成本，而且如果用其制备镍钴铝酸锂正极，多次热处理会使材料性能欠佳，本方法不适用于镍钴铝酸锂正极材料的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，专门针对镍钴铝酸锂正极材料，提供一种独特的制备方法，将单晶形貌的镍钴铝酸锂颗粒引入到球形形貌的镍钴铝酸锂颗粒中混合，改善现有的煅烧方式，一次烧结采用低温预烧和高温烧结两步煅烧，然后进行元素表面包覆及热处理，得到一种性能更好的正极材料，使用该正极材料得到的锂离子电池具有较好的循环性能、安全性能和较低的残碱含量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锂离子电池正极材料，其化学式为：Li_1+nNi_0.8+xCo_0.2-x-yAl_yM_zO₂，

其中x+y+z＜0.2，0≤x＜0.2，0.01≤y≤0.05，0.01≤z≤0.05，-0.1≤n≤0.1；M为钴、铝、镁、钛、锆、硼中的一种或几种；

所述锂离子电池正极材料由单晶形貌的镍钴铝酸锂颗粒与球形形貌的镍钴铝酸锂颗粒混合组成，所述球形形貌的镍钴铝酸锂颗粒中位径为8～15μm，所述单晶形貌的镍钴铝酸锂颗粒中位径为0.5～6μm。