[发明专利]一种浓度渐变的球形富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种浓度渐变的球形富锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料与电化学领域。

背景技术

锂离子电池作为二次能源，具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优点，是20世纪90年代开发成功的新型绿色二次电池。近年来，随着新能源战略下电动汽车的普及、铅酸电池的环保问题、石油价格飞涨等诸多因素影响，锂离子电池及相关产品新兴领域的发展十分迅猛。然而，当前的锂离子电池体系中仍然存在许多技术问题亟待突破与解决，如能量密度偏低、高成本、安全性能欠佳等。

锂离子电池的主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜等成分组成，其中正极材料占据着最重要的地位，是核心关键材料，直接影响电池的容量、寿命、成本、安全性等重要性能。因此，开发高性能正极材料对锂离子电池及相关行业的快速发展具有重要意义。

目前，全球市场化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(Li₂MnO₄)、三元材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)、磷酸铁锂(LiFePO₄)等。其中钴酸锂因钻资源稀少成本较高，且环境污染等缺点，其发展空间下，已逐步被取代；锰酸锂放电比容量较低，高温循环与储存性能欠佳；三元材料压实密度偏低，其倍率性能与安全性能有待提高；磷酸铁锂放电比容量不高，振实密度偏低，且产品存在较严重的一致性问题，阻碍其快速发展。与前几种正极材料相比，富锂正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co)因其具有高比容量(＞200mAh/g)、较宽的充放电范围、成本低廉以及新的电化学充放电机制等特点，被认为是新一代的锂离子电池首选正极材料。富锂正极材料是Li₂MnO₃和层状LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co)按一定比例形成的固溶体材料，其中Li₂MnO₃组分具有重要的作用，不但可以起到稳定材料结构的作用，同时在高电压下可以提供额外的容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种浓度渐变的球形富锂正极材料的制备方法。

本发明的技术方案是，一种浓度渐变的球形锂离子电池富锂正极材料，通式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，式中M为Mn、Ni、Co的一种或一种以上，0＜x＜1；该材料的外观形貌为球形颗粒，单个球形颗粒中Mn的摩尔浓度由内到外逐渐增加，Ni和Co的摩尔浓度由内到外逐渐降低。

一种制备浓度渐变的球形锂离子电池富锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍盐、钴盐、锰盐配制成总金属离子浓度为0.1-3.5mol/L的混合盐溶液A，其中Mn∶Ni∶Co的摩尔比为x∶y∶1-x-y，其中0＜x＜1，0≤y＜1；将锰盐配制成总金属离子浓度为0.1-3.5mol/L的锰盐溶液B；

(2)分别配制浓度为0.1-10mol/L的碱溶液和浓度为0.1-10mol/L的氨水溶液；

(3)采用控制结晶共沉淀法，将锰盐溶液B通过恒流泵逐渐加入到混合盐溶液A中，搅拌均匀，与此同时，将混合盐溶液A、锰盐溶液B的混合溶液通过恒流泵加入到反应釜中，通过这种加料方式，加入到反应釜内的混合溶液中Mn的浓度逐渐增大，Ni和Co的浓度逐渐降低；用碱溶液作为配位剂、氨水作为络合剂也同时并流加入到反应釜内，控制反应釜内的搅拌速度为50-1500rpm，反应温度为30-70℃，pH值为7.0-12.0之间，使之结晶沉淀生成球形颗粒[Mn_xNi_yCo_1-x-y](OH)₂或[Mn_xNi_yCo_1-x-y]CO₃前躯体；