层状三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种层状三元正极材料及其制备方法，所述层状三元正极材料的化学式为ａＬｉ２ＭｎＯ３.（１－ａ）ＬｉＭｎ（１－ｘ－ｙ）ＮｉｘＣｏｙＯ２／Ｍ，式中０＜ａ＜１，０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，Ｍ为Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＺｎＯ或ＭｇＯ。所述制备方法包括步骤：制备前驱体混合物；在烧结炉中烧结所述前驱体混合物合成ａＬｉ２ＭｎＯ３.（１－ａ）ＬｉＭｎ（１－ｘ－ｙ）ＮｉｘＣｏｙＯ２正极材料；复合获得ａＬｉ２ＭｎＯ３.（１－ａ）ＬｉＭｎ（１－ｘ－ｙ）ＮｉｘＣｏｙＯ２／Ｍ材料。所述层状三元正极材料能量密度高、高电压充放结构稳定，所述层状三元正极材料的制备工艺简单、生产成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别是一种锂离子电池正极材料及其制备方法，尤其涉及一种层状三 元正极材料及其制备方法。
技术介绍
环境恶化和能源短缺促使人们加快了对新能源产业的研究进程，科学家为此已经 做了至少十年的努力，通过对各个方面进行综合研究的结果表明缓解以上危机的最佳途 径是使用清洁的新能源，如风能、太阳能、地热能、潮汐能和水力发电——均来自于风力、水 力和阳光(被称为WWS-wind，water ,sunlight)。锂离子电池作为可储存电能的清洁型储能 装置，业已成为研究热点。与其他储能的二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环 寿命长的优势，被认为是车用电池或动力电池的最佳选择，尽管如此，由于锂离子电池的价 格昂贵，使得其“能量/价格”值仍偏低，因此日前亟需攻克的难题是大幅度提高其能量密 度并降低价格，为此需要提高其正极材料的使用电压，采用价格低廉的正极材料，具备以上 两种特点的锂离子电池正极材料有=LiMn1.5Nia504(放电电压平台4. 6V), Li1+X (MnNiCo) ^xO2 系列正极材料(可充至5. 0V)，容量大于250mAh/g，结构稳定，上述材料制备工艺复杂，导致 价格较高。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种层状三元正极材料及其制 备方法，所述层状三元正极材料具有高的材料能量密度、在高电压充放条件下结构保持稳 定，所述层状三元正极材料的制备方法具有简化的工艺、以及降低的生产成本。针对本专利技术的目的，在本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种层状三元正极材 料，所述层状三元正极材料化学式为aLi2Mn03 · (l_a) LiMn(1_x_y)NixCoy02/M，式中0 < a < 1， 0 < χ < 1,0 < y < 1，] 为八1203、1102、&02、1^203、&10或1%0，&1^2]\11103与(l_a)LiMn(1_x_y) NixCoyO2与M为物理复合，所述层状三元正极材料具有Rlm空间群的层状结构，含有镍钴锰 三种元素，具有球形、长短轴比为1 5的近似球形、菱形、锥形、片状、层状或块状的微观特 征，其粒度为5 40 μ m，比表面积为0. 2 IOmVgo针对本专利技术的目的，在本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种层状三元正极材 料的制备方法，包括步骤步骤一采用共沉淀法或喷雾干燥法制备具有球形化前驱体混 合物；步骤二 烧结所述球形化前驱体混合物来合成aLi2Mn03 (l-^LiMr^hyNixCc^A正极 材料，式中O < a < 1，0 < χ < 1，0 < y < 1 ；步骤三将含Al、Ti、&、La、Si或Mg的有机 盐、无机盐或有机酯化合物，充分溶解于有机溶剂中，然后加入步骤二的正极材料、充分搅 拌、蒸发溶剂后放于烘箱中，物理复合获得aLi2Mn03 · (l_a) LiMna_x_y)NixCoy02/M层状三元正 极材料，其中M为A1203、TiO2, ZrO2, La203> ZnO或MgO，所述层状三元正极材料具有Rlm空 间群的层状结构，含有镍钴锰三种元素，具有球形、长短轴比为1 5的近似球形、菱形、锥 形、片状、层状或块状的微观特征，其粒度为5 40 μ m，比表面积为0. 2 10m2/g。依据本专利技术所述的的有益效果如下。本专利技术采用共沉淀或喷雾干燥的方法制备前驱体混合物，原料混合后的均勻性 高，采用一次混合完成材料的合成，减少了多次混合的工序，降低了工艺成本，易于工业化; 同时由于采用的上述工艺可以将原料进行原子级的混合，混合均一，工艺条件要求低，材料 的一致性高，减少了不合格品的产生，降低材料的生产成本(不合格品需计入成本)；基于 制备的电极材料，并且在此基础上进行物理包覆改性，获得高能量密度，高循环寿命的复合 正极材料；本专利技术的层状三元正极材料属于Li1+X (MnNiCo) ^ 系列正极材料，该材料能量 密度高，且在高电压充放条件下结构保持稳定，是一种具有应用前景的电极材料。附图说明图1是本专利技术实施例1的含镍钴锰的前驱体混合物的SEM图。图2是本专利技术实施例1的层状三元正极材料的SEM图。图3是本专利技术实施例1的充放电曲线图。图4是本专利技术实施例1的循环性能图。图5是对比例1的充放电曲线图。图6是对比例1的循环性能图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。首先说明依据本专利技术的层状三元正极材料的制备方法。概括而言，依据本专利技术的层状三元正极材料的制备方法包括步骤步骤一制备 具有球形化前驱体混合物；步骤二 烧结所述球形化前驱体混合物来合成aLi2Mn03 · (1-a) LiMn (1_x_y) NixCoyO2 正极材料，式中 0<a<l，0<x<l，0<y<l ；步骤三将含 Al、Ti、 Zr、La、Si或Mg的有机盐、无机盐或有机酯化合物，充分溶解于有机溶剂中，然后加入步骤 二的正极材料、充分搅拌、蒸发溶剂后放于烘箱中，物理复合获得aLi2Mn03 · (l_a)LiMn(1_x_y) NixCoy02/M层状三元正极材料，其中M为A1203、TiO2, ZrO2, La203> ZnO或MgO，所述层状三元 正极材料具有Rjm空间群的层状结构，含有镍钴锰三种元素，具有球形、长短轴比为1 5的近似球形、菱形、锥形、片状、层状或块状的微观特征，其粒度为5 40 μ m，比表面积为0. 2 10m2/go在依据本专利技术的层状三元正极材料的制备方法中，优选地，步骤二和步骤三之间， 还可包括消除氧缺陷步骤将获得的aLi2Mn03 · (1-a)LiMn(lTy)NixCoy02正极材料置于电炉 中，升温并保温一定时间，然后自然冷却至室温，其中，保温的温度低于将前驱体混合物置 于烧结炉中烧结的温度，以减少氧缺陷，提高材料的循环寿命。在一个实施例中，所述电炉 可为箱式炉。在一个实施例中，升温速度为1 15°C /min，保温温度为500 700°C，保温 时间为4 24h。在依据本专利技术的层状三元正极材料的制备方法中，优选地，步骤二和步骤三之间， 在消除氧缺陷步骤之后，还可包括粉碎、分级、筛分步骤。在一个实施例中，所述制备具有球形化前驱体混合物采用共沉淀法。在在采用共 沉淀法制备具有球形化前驱体混合物中，包括子步骤子步骤一将碱液、镍源化合物水溶液、锰源化合物水溶液、钴源化合物水溶液、添加剂，以10 100L/h的流速同时加入到反 应釜中进行沉淀反应，配制后溶液浓度为碱液0. 5 8mol/L、镍元素的当量浓度0. 5 8mol/L、钴元素的当量浓度0. 5 8mol/L，锰元素的当量浓度0. 5 8mol/L，添加剂为配制 后溶液质量的大于0至小于等于2wt %，沉淀反应过程中，在溶液中逐渐形成纳米级的一次 颗粒，颗粒经过长大后逐渐团聚为具有球型形貌的前躯体化合物，镍钴锰元素均勻分散于 球型颗粒体内；子步骤二 将含镍钴锰的前驱体与锂源化合物，按(镍+钴+锰)锂的 摩尔比(0.5 1) 1，放入球磨机中混合均勻，得到前驱体混合物。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状三元正极材料，其特征在于，所述层状三元正极材料化学式为ａＬｉ↓［２］ＭｎＯ↓［３］.（１－ａ）ＬｉＭｎ↓［（１－ｘ－ｙ）］Ｎｉ↓［ｘ］Ｃｏ↓［ｙ］Ｏ↓［２］／Ｍ，式中０＜ａ＜１，０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，Ｍ为Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＴｉＯ↓［２］、ＺｒＯ↓［２］、Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］、ＺｎＯ或ＭｇＯ，ａＬｉ↓［２］ＭｎＯ↓［３］与（１－ａ）ＬｉＭｎ↓［（１－ｘ－ｙ）］Ｎｉ↓［ｘ］Ｃｏ↓［ｙ］Ｏ↓［２］与Ｍ为物理复合，所述层状三元正极材料具有Ｒ－３ｍ空间群的层状结构，含有镍钴锰三种元素，具有球形、长短轴比为１～５的近似球形、菱形、锥形、片状、层状或块状的微观特征，其粒度为５～４０μｍ，比表面积为０．２～１０ｍ↑［２］／ｇ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，程林，梁奇，黄友元，陈春天，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[]