[发明专利]一种三元正极活性材料制备方法及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用三元正极活性材料的制备方法及采用该三元正极活性材料制备得到的电池。

背景技术

锂离子电池因具有电压高，能量密度高，使用寿命长，自放电低，无记忆效应，低污染等优点而在便携式手提电子设备，电动汽车等众多领域得到广泛应用。正极材料在锂离子电池结构中占据着重要的地位，其性能的优劣直接决定了最终二次电池产品的性能，且它的性能和价格会直接影响到锂离子蓄电池的性能和价格。

LiCoO₂作为锂离子电池的正极材料已经商业化生产多年，但由于Co资源稀缺，其成本远高于负极，占电池总成本的三分之一以上，使锂离子电池在大容量电池，尤其是电动车领域的应用受到了限制。

LiNiO₂和LiMn₂O₄曾经被认为是较好替代LiCoO₂的材料。LiNiO₂虽然具有较高的电压和容量，成本也较低，但是其制备困难，且在充放电的过程中会发生晶体结构的转变，导致其容量衰减快，循环性能和热稳定性差。

LiMn₂O₄正极材料热稳定性和安全性能好，成本非常低，但是其放电容量较低，在充放电过程中会发生Jahn-Teller畸变效应，导致温度高于55℃时，材料结构发生变形，且晶体中的三价锰会发生歧化反应，生成的二价锰能溶解于电解质中使电极活性物质损失，容量衰减快，阻碍了LiMn₂O₄正极材料的应用。

因此，集上述三种锂离子电池正极材料的优点于一身的锂离子电池三元正极活性材料LiNi_xCo_yMn_zO₂正被越来越多的研究者所关注。

现有技术中公开了一种锂镍钴金属氧化物及其制备方法，该方法以锂化合物，氢氧化镍钴、金属化合物为原料，通过高温固相法制备锂镍钴锰氧，但通过过渡金属化合物的简单混合，很难使三种过渡金属分布均匀，达不到预期的效果。

同时，现有技术中还通过以氨水或者铵盐为络合剂，LiOH、KOH或者NaOH溶液为沉淀剂，与镍钴锰混合盐溶液一起加入到反应器中，进行共沉淀反应得到氢氧化物，再经400-700℃热处理后，得到复合氧化物作为前躯体，然后与锂源化合物混合反应得到锂镍钴锰氧。该方法虽然能够让镍钴锰混合均匀，但是工艺较长，且条件控制复杂。

目前，通常采用共沉淀法制备LiNi_xCo_yMn_zO₂，但是这种方法制备的三元正极活性材料的压实密度不够高，其体积比能量方面仍低于钴酸锂，并且该方法工艺流程较长，条件复杂，不容易控制。

发明内容

为克服现有技术中三元正极活性材料压实密度低的问题，本发明提供了一种三元正极活性材料的制备方法，可极大的提高三元正极活性材料的压实密度，并且该方法工艺简单易行。

本发明公开的三元正极活性材料的制备方法包括：S1、将锂源、镍源、钴源、锰源混合，得到混合物；S2、将混合物干燥，然后在200-800℃下，于氧化性气氛中进行预烧，得到前躯体；S3、将前躯体与粘接剂混合，然后进行等静压处理，得到压实物料；其中，等静压压力为10-50MPa；S4、将压实物料在800-1200℃温度下，于氧化性气氛中进行烧结，经破碎、筛分，得到三元正极活性材料。

同时，本发明还公开了一种电池，包括电池壳体以及位于电池壳体内部的电芯组件和电解液，所述电芯组件包括依次层叠的正极片、隔膜和负极片，所述正极片包括正极集流体为位于正极集流体表面的正极材料，所述正极材料中包括三元正极活性材料，所述三元正极活性材料通过前述的方法制备得到。

本发明中，通过先将混合均匀的锂源、镍源、钴源、锰源进行预烧，让锂源、镍源、钴源、锰源在较低的温度下分解，为后面的压实提供了保障。然后引入粘结剂进行等静压处理，可有效的将前躯体压实，并且对后续的烧结处理具有助熔效果，有利于材料的一次颗粒的长大和压实密度的提高。经前述处理后再进行高温烧结可以让材料的一次颗粒迅速长大，二次颗粒在后续的破碎筛分中得到有效控制，从而极大的提高了三元正极活性材料的压实密度。

同时，本发明公开的制备方法避开了共沉淀法在制备前躯体过程中溶液的PH值、浓度、温度、搅拌速度等条件控制要求苛刻的弊端，工艺简单易行。

具体实施方式