一种锂离子电池正极活性材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其材料化学式表达为：Lia(Ni1-x-yCoxMny)1-zMzO2。M是以下元素中的一个或者两个，镁Mg、铝Al、钙Ca、铜Cu、锌Zn，0.005＜z＜0.1。上述锂离子电池正极材料的制备方法是：采用控制条件的液相反应得到中间产品，使各组分按原子水平分散形成固溶体。制备方法还包括后续处理，得到最终产物的体相是镍钴锰元素分布均一的层状化合物，而在材料表层的M′组分含量明显高于体相中，M′为钙Ca、铜Cu、锌Zn中的一个。利用该材料制成的二次电池工作电压高，能量密度大，安全性能好。充电终止电压在4.2V～4.6V充放电时有很好的循环稳定性。

主权项

一种锂离子二次电池正极活性材料的制备方法，其特征在于该材料是含有镍、钴、锰及改性添加元素的复合氧化物，其化学式表达为：Lia(Ni1‑x‑yCoxMny)1‑zMzO2，其中的M是镁Mg、铝Al、钙Ca、铜Cu、锌Zn元素中的至少一种；a取值范围是0.9＜a＜1.2；x取值范围是0.2＜x＜0.4；y取值范围是0.2＜y＜0.4；z取值范围是0.005＜z＜0.1；锂离子二次电池正极活性材料的体相是镍钴锰元素分布均一的层状化合物，晶体结构为R3m，在材料表层的M组分含量明显高于体相中含量；该材料用做电池正极时，电池充电终止电压在4.2～4.6V之间；制备包括以下步骤：(1)按化学式Lia(Ni1‑x‑yCoxMny)1‑zMzO2中x、y、z比例计算和称取镍盐、钴盐、锰盐，将其配置成混合盐水溶液，掺杂元素M也溶解在混合盐溶液中，溶液浓度为1～5摩尔/升；(2)将沉淀剂配制成水溶液，沉淀剂的溶液浓度在1～5摩尔/升；(3)将混合盐溶液和沉淀剂溶液通过控制流速装置加入到反应器中，流入速度根据反应容器体积变化，调节沉淀剂的进料速度来控制反应体系的pH值在9～13之间的一个固定值，反应溶液的温度控制在40～70℃；(4)每一升混合盐的进料和反应时间持续0.5～5小时，停止加入原料后继续搅拌1～3小时，反应终止时得到产物是中间产品(Ni1‑x‑yCoxMny)1‑zMz(OH)2；(5)将以上反应物过滤，用纯水洗涤多次，在80～120℃烘干10小时以上，使其充分干燥，以上制备出中间产品中均匀分散有掺杂元素M；(6)将所得的中间产品与锂源按1.0～1.2∶1比例混合研磨2小时；(7)混合物放入加热炉中升至450～550℃，保温4～6小时后冷却产物，充分研磨混合物使粉末通过240目筛；(8)再次将混合物放入加热炉中升至650～750℃，在氧化性气氛中保温8～12小时后，升高温度到高温煅烧，最终煅烧温度控制在800～1000℃之 间，保温10～24小时后取出冷却；(9)将煅烧产物再进行研磨分级，得到最终正极活性物质；所述的锂源是含有锂的化合物。