一种高容量动力型富镍锂离子电池正极材料及其制备方法，该高容量动力型富镍锂离子电池正极材料分子式为LiaNi1-x(MM’)xO2·M’’O，其中a=0.9-1.2，0≤x≤0.70，M为Co、Mn、Al中的至少一种；M’为Co、Al、V、Mn、Zr、Mg、Ti、Cr、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Nb、Mo、Y、Sr、Ba、B、Sr、Sn、Ta中的至少一种；M’’O为包覆层，M’’为Co和Al。本发明专利技术还包括所述高容量动力型富镍锂离子电池正极材料的制备方法。本发明专利技术材料加工性能出色，使用本发明专利技术材料制备的电池，循环性能及高电压性能优异，使用安全稳定，既可满足便携式电子设备对电池的使用性能要求，又适于作动力型电池使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，尤其是涉及。
技术介绍
进入21世纪，煤炭、石油等传统能源的日渐衰竭，高效、环保、可再生的二次能源成为人们关注的焦点。作为新能源的代表，锂离子电池已经广泛应用于电子产品、便携式电脑、电动工具、储能备用电源、交通工具等领域，扮演着举足轻重的角色，发挥着不可替代的作用。随着科技的日新月异，人们对锂离子电池的要求也越来越高，轻便、高能量密度、安全无毒是未来新能源电池体系发展的主要方向。传统正极材料钴酸锂具有稳定的电性能，但价格较高，其实际可利用容量只有其理论容量(274mAh/g)的一半，约140mAh/g左右；要想获得更高的容量，则可能会影响循环寿命并存在安全隐患。低成本的尖晶石结构锰酸锂，虽然具有成本和安全性能方面的优势，但其高温循环和存储时不可逆的锰溶解问题，以及过低的能量密度(振实密度〈2.3g/cm3，克容量约100mAh/g左右)成为制约其广泛应用的难题。而近年来被寄予厚望的磷酸铁锂，则因为其材料自身固有的缺陷，如低温性能不佳、加工性能差、能量密度低等，而日益淡出人们的视线。镍系材料因具 有较高的能量密度而一直备受期待，一方面，其实际容量较高，可达190-210 mAh/g ;另一方面，其对环境的污染远远小于LiCoO2，并且价格和资源方面都比LiCoO2更具优势。LiNiO2具有和LiCoO2相同的层状结构，其中，氧原子位于6c位置，为立方密堆积，镍原子位于3a位置，锂原子位于3b位置，交替占据八面体位置，在111晶面方向上呈层状排列(晶胞参数a= 0.2886nm, c=l.4214nm)。氧原子以稍微扭曲的立方结构密堆积排列，锂原子和镍原子交替分布在氧层两侧，占据其八面体空隙。晶体中层状的NiO2为锂离子提供了可供迁移的二维隧道。因此，该层状结构的稳定性决定了 LiNiO2循环性能的好坏。由于通常高温下合成LiNiO2材料时，易生成非计量比的LihNipxO2，其中会有Ni2+离子存在。Ni2+离子很容易占据Li+所在的位置，而导致所谓的“阳离子混排”现象出现。在充放电过程中，Ni2+氧化为Ni3+或Ni4+，会造成化合物层间([LiO6]八面体层)结构的局部塌陷，增加放电过程中Li+离子嵌入的难度，造成放电容量的下降，循环性能变差。此外，LiNiO2在高脱锂状态下，易生成氧化性很强的Ni4+，不仅氧化分解电解质，放出热量和气体，而且自身不稳定，在一定温度下容易分解并析出O2，从而导致电池体系破坏甚至爆炸等安全事故。因而，循环性能和安全性能方面的劣势极大的限制着LiNiO2的广泛应用。大量研究表明，对层状LiNiO2进行掺杂Co元素改性，可以有效的提高材料的循环性能和安全性能。层状LiNihCoxO2 (0 ^ X≤1)是LiCoO2和LiNiO2的固溶体，具有a -NaFeO2型层状结构，属于立方晶系，空间点群为R3m,其中锂原子占据八面体3a位，钴原子和镍原子随机地占据八面体3b位，氧原子占据6c位。LiNi^C0xO2的晶胞参数介于LiCoOjP LiNiO2之间，随着钴含量(X)的减少，晶胞参数a和c增大。x值对LiNihCoxO2电化学性能影响较大,一般x值较大时可以获得出色的循环性能，而当X值减小时，材料的比容量有较大程度的提高。然而，尽管Co的加入使得LiNiO2的安全和循环性能都得到明显改善，但要进行商业化应用，还需进一步解决LiNihCoxO2的首次不可逆容量偏大以及循环性能不佳等问题。基于这个情况，很多研究者在LiNiO2中同时掺杂Co、Al和Mn等元素，形成LiNinyC0xMyO2化合物，以提高材料的安全性能和循环性能。DSC分析结果表明，掺Al后形成的LiNia 8Co0.15A10.05O2材料与不掺Al产品相比，与氧的热反应温度由200 V提升到310°C，也就是热稳定性和安全性能得到明显提升。目前，虽然富镍材料通过掺杂等改性优化，性能已得到了很大提升，然而其要实现商业化应用，需重点提升加工性能、循环性能和安全性能。 LiaNihMxO2是一种以Ni为基体的锂氧化合物，具有层状晶体结构，容量高，成本相对较低，但材料热稳定性不佳，表面碱度较高，易吸水，易产气，加工性能差，在充放电过程中晶体结构不稳定，电化学性能易恶化且存在安全隐患。充电时，材料中的Li+脱出，晶格中Ni2+被氧化成Ni3+和Ni4+离子，而高价态的Ni离子易与电解液发生副反应而溶解，一方面会影响材料的电性能，另一方面容易产生气体，释放热量，导致安全方面的问题；放电时，Li+嵌入晶格，材料内部的高价Ni离子还原为Ni2+，而Ni2+与Li+的离子半径较接近，易发生Ni2+占据原有Li+位置而导致Li+无法嵌入的情况，导致容量衰减和效率下降。目前，合成的层状富镍正极材料(LiNihMxO2)主要的缺陷为:1、材料表面碱度高，加工性能不好，对电池制作环境要求高，容易引起极片掉料、电池吸水和鼓胀等现象；2、材料与电解液相容性较差，易发生副反应，导致材料性能劣化；3、材料结构稳定性较差，高温性能不佳，过充、热箱等安全性能受到制约；4、材料在常规电压下的能量密度还不能满足动力电池需求，需提高充电电压上限，提升电压平台和能量密度。基于以上缺陷，层状富镍正极材料在商业化应用中受到限制，特别是动力型电池中无法大规模使用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种循环性能较好，使用安全稳定，高电压性能较优的高容量动力型富镍锂离子电池正极材料及其制备方法。本专利技术将富镍多元材料前驱体与、碳酸锂等锂盐、添加剂M’以一定比例混合，混合物经过高温热处理后生成富镍多元材料，将该材料进行钴铝交互表面沉积包覆，得到目标产物。本专利技术之高容量动力型富镍锂离子电池正极材料，分子式为LiaNUMT )Jd2 ? M” 0，其中 a=0.9-1.2，0 ≤ X ≤ 0.70，M 为 Co、Mn、Al 中的至少一种;M，为 Co、Al、V、Mn、Zr、Mg、T1、Cr、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Nb、Mo、Y、Sr、Ba、B、Sr、Sn、Ta 中的至少一种；M’ ’ 0为包覆层，M’ ’为Co和Al,还可以包含Li或/和P ;进一步，所述包覆层为 LiCoO2' Co3O4' CoO、Co2O3' Al2O3' Li3PO4' AlPO4' LiCoAlO2' LiAlO2中的至少一种，但必须同时含有Co和Al。本专利技术之高容量动力型富镍锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:(I)按摩尔比Li/(M+M’ +Ni) =0.9 - 1.2称取富镍多元材料前驱体NihMx(OH)2、锂原料、添加剂M’的氧化物或氢氧化物,然后在混料设备中混合15-300min (优选60 — 65min),然后将混合物在空气、氧气或氮气气氛中，经500-1100°C高温烧结5-20小时(优选10 - 12小时)，生成富镍多元材料LiaNLx (MT )x02 ; 所述锂原料为碳酸锂或氢氧化锂； 所述 M，为 Co、Al、V、Mn、Zr、Mg、T1、Cr、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Nb、Mo、Y、Sr、Ba、B、Sr、Sn、Ta中的一种或多种； 所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高容量动力型富镍锂离子电池正极材料，其特征在于，分子式为LiaNi1?x(MM’)xO2·M’’O，其中a=0.9?1.2，0≤x≤0.70，M为Co、Mn、Al中的至少一种；M’为Co、Al、V、Mn、Zr、Mg、Ti、Cr、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Nb、Mo、Y、Sr、Ba、B、Sr、Sn、Ta中的至少一种；M’’O为包覆层，M’’包括Co和Al。
【技术特征摘要】
1.一种高容量动力型富镍锂离子电池正极材料，其特征在于，分子式为LiaNih(MT )Jd2 ? M” O，其中 a=0.9-1.2，0 ≤ X ≤ 0.70，M 为 Co、Mn、Al 中的至少一种;M，为 Co、Al、V、Mn、Zr、Mg、T1、Cr、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Nb、Mo、Y、Sr、Ba、B、Sr、Sn、Ta 中的至少一种；M’ ’ O为包覆层，M’’包括Co和Al。2.根据权利要求1所述的高容量动力型富镍锂离子电池正极材料，其特征在于，M’’为Co、A1 和 Li 或 /和 P。3.根据权利要求1所述的高容量动力型富镍锂离子电池正极材料，其特征在于，所述包覆层为 LiCoO2' Co3O4' CoO、Co2O3> Al2O3' Li3PO4' AlPO4' LiCoAlO2' LiAlO2 中的至少一种。4.一种制备如权利要求1 一 3之一所述高容量动力型富镍锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)按摩尔比Li/(M+M’+Ni)=0.9-1.2称取富镍多元材料前驱体NihMx (OH)2、锂原料、添加剂M，的氧化物或氢氧化物，然后在混料设备中混合15-300min，再将混合物在空气、氧气或氮气气氛中，经500-1100°C高温烧结5-20小时，生成富镍多元材料LiaNipx (丽’)=A ； 所述 M，为 Co、Al、V、Mn、Zr、Mg、T1、Cr、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Nb、Mo、Y、Sr、Ba、B、Sr、Sn、Ta中的一种或多种； (2)将铝化合物溶于去离子水或无水乙醇中，配制成0.l-10mol/L的溶液，滴加沉淀剂控制PH值为3-10，得到铝包覆液溶液A，所述溶液A中Al含量为富镍多元材料重量的0.01%-0.5%...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐泽勋，王志兴，李旭，袁荣忠，蒋湘康，彭文杰，
申请(专利权)人：湖南杉杉新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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