[发明专利]锂离子电池用正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用正极材料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：将镍钴锰氢氧化物、WO₃与LiOH进行干法混合，得到混合物；以及将混合物在高压炉氧气气氛中煅烧，然后冷却、粉碎得到锂离子电池用正极材料。应用本发明的技术方案，在高压炉内通入氧气进行加压烧结，从而在合成正极材料的过程中促进锂离子嵌入前驱体，并均匀地分布在材料本体中，减少因锂元素分布不均造成的缺陷，有效地抑制Li⁺/Ni²⁺混排现象的发生，Li离子充分进入材料本体中还可以有效地减少正极材料表面残锂，进一步的，可以取消制备正极材料过程中的水洗工艺，降低生产成本，提高正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池用正极材料技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池用正极材料及其制备方法。

背景技术

随着有限化石燃料资源的不断消耗，可再生能源的需求急剧增加。如今的锂离子电池(LIBs)广泛应用于电子消费产品，但由于其成本高、能量密度相对较低仍然不能满足日益增长的电网储能和电动汽车(EVs)的需求。因此，需要研发具有更高能量密度以及更高安全性的新一代LIBs作为电动汽车、储能系统和可穿戴设备的理想电源。正极材料对LIBs的性能有直接和主导的影响，因此许多研究人员致力于实现容量大、充电/放电速度快、循环寿命长的材料。在这方面，富镍的分层氧化物具有高的可逆容量和低成本，并且越来越多地受到大家的关注。然而，在锂离子脱出嵌入过程中镍离子不可逆迁移到锂位容易导致高镍正极材料从分层相(R-3m)结构转变为尖晶石(Fd-3m)相和岩盐相(Fm-3m)。

此外，富镍材料在空气中容易进行快速的水分和二氧化碳吸收并与锂源生成锂杂质(LiOH/Li₂CO₃)，这样不仅会导致富镍颗粒高pH值，还会导致正极浆料凝胶化，阻挡了锂离子传输通道。在煅烧过程中，镍离子和锂离子在中间相中扩散并分层，Li占据3a位置，Ni占据3b位置，Li⁺/Ni²⁺混排现象不是由有序变成无序，而是由无序到有序过程中“无需残留”。

总之，现有技术中，合成正极材料中锂离子嵌入量较少且分布不均匀，正极材料表面的残余碱较高，影响正极材料的容量、循环保持率。

发明内容

本发明旨在提供一种锂离子电池用正极材料及其制备方法，以解决现有技术中锂离子电池用正极材料表面残锂较高，锂离子嵌入量较少且分布不均匀的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锂离子电池用正极材料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将镍钴锰氢氧化物、WO₃与LiOH进行干法混合，得到混合物；以及将混合物在高压炉氧气气氛中煅烧，然后冷却、粉碎得到锂离子电池用正极材料。

进一步地，制备方法由以下步骤组成：将镍钴锰氢氧化物、WO₃与LiOH进行干法混合，得到混合物；以及将混合物在高压炉氧气气氛中煅烧，然后冷却、粉碎得到锂离子电池用正极材料。

进一步地，锂离子电池用正极材料的化学通式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，0.8＜x＜1、0＜y＜0.1、0＜z＜0.1。

进一步地，高压炉中的压力为1.5～2.5大气压。

进一步地，煅烧的温度为650～800℃；优选为700℃。

进一步地，锂离子电池用正极材料中WO₃与镍钴锰氧化物质量比为(0.003～0.005)：1。

进一步地，制备方法还包括：将锂离子电池用正极材料与蒸馏水混合，然后进行抽滤洗涤，将抽滤后的产品放置于真空干燥箱中烘干。

进一步地，锂离子电池用正极材料与蒸馏水混合的质量比为(1～1.5)：1。