[发明专利]一种锂离子电池梯度正极活性材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池梯度正极活性材料及制备方法。包括如下制备过程：（1）将NH₃·H₂O溶液、NaOH溶液混合后加入Co²⁺与Mn²⁺的混合金属盐溶液，充分沉淀并均匀分散；（2）向沉淀中滴加Co²⁺与Ni²⁺的混合金属盐溶液，通过喷雾干燥得到粉末；（3）重复滴加并喷雾干燥，收集粉末作为前驱体；（4）将前驱体与LiOH·H₂O混合研磨后焙烧，制得钴镍锰酸锂锂离子电池梯度正极活性材料。本发明制备的正极活性材料，通过使用喷雾干燥的技术手段，制备工艺简单，生产周期短，生产效率高，并且不需要大量酸碱的使用，节约了成本，环保性好，同时正极材料的电化学性能好，提高了正极材料的充放电容量及循环效率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池梯度正极活性材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池和传统的蓄电池比较起来，不但能量更高，放电能力更强，循环寿命更长，而且其储能效率能够超过90%，锂离子电池随着电动汽车的发展一路走高，目前已经成为电动汽车动力的主要来源，其种类繁多，各具特色，在未来的较长时间都难以被其他动力所取代。目前已经商业化的锂离子电池正极材料主要是LiCoO₂。但相对于镍和锰，钴的价格较高，环境污染大，迫使人们寻求LiCoO₂的替代品。

由于LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂在结构和性能上具有很强的互补性，开发二元或三元的复合正极材料，提高材料的电化学性能成为研究的主要方向。将Co和Mn同时引入到LiNiO₂的层状结构之中形成的LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂镍钴锰三元过渡金属复合氧化物表现出了较LiCoO₂更加优异的电化学性能，被认为是最有可能替代LiCoO₂的正极材料。

目前，不同配比的LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂已被广泛研究，虽然Ni元素在LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂材料中起到提供氧化还原反应所需要的电子的作用，但Ni含量增加容易导致材料比容量衰减严重，阻抗增加。主要是Ni⁺半径与Li⁺很接近，很容易占据晶胞中Li⁺的3a位置，在Li⁺所在的平面发生“阳离子混排”；而且在充放电过程当中，Ni²⁺参加电化学反应被氧化成Ni³⁺/Ni⁴⁺，由于镍离子半径变化较大，使材料结构不稳定，容易引起材料结构的“松化”，导致电性能恶化。另外，Mn的增加会引入一定数量的Mn³⁺，极易产生John-Teller效应，使材料结构发生坍塌导致电性能恶化。通过合成具有Co等元素含量梯度的正极材料，使Co等元素在材料粒子中的含量由内到外递增，是改善材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂的充放电性能的手段之一。

中国发明专利申请号201010142794.7公开了一种锂离子电池梯度正极活性材料钴镍锰酸锂的制备方法，属于锂离子电池正极材料制备技术领域。本发明采用Co²⁺浓度递增的金属离子混合溶液分多次、多个液相体系共沉淀方法制备LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，以其为前驱体，通过高温固相反应得到具有Co含量梯度的层状LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂。