[发明专利]一种高容量的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种锂离子电池，特别是涉及一种高容量的锂离子电池正极材料及其制备方法。

技术背景

锂离子电池已广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等移动数码产品领域，随着科技的进步，锂离子电池的应用领域将越来越广，对其尺寸、重量、使用寿命等的要求也越来越高，目前市场上应用的钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料已经难以满足市场对锂离子电池高能量密度的需求。

在发挥相同容量的条件下，要提高电池的体积能量密度，就需要提高活性物质单位体积的填充量，材料的压实密度越大，体积填充量也就越大，其体积能量密度就越高。而钴酸锂具有压实高的特点，同时导电性能和循环性能较好，但是钴酸锂的比容量较低，并且提高压实密度的同时会导致其他电性能降低，进一步提高能量密度的空间较小。因此开发高比容量的正极材料势在必行，镍钴铝酸锂正极材料具有比容量高，循环性能好，原料便宜等优点，但是其低电导率和低压实密度限制了该材料在高能量密度锂离子电池上的应用。将两种材料进行混合使用，可以是两种材料在性能上得到互补，使复合材料的容量、压实密度、电导率均有所提高，同时循环性能和倍率性也得到提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高容量、倍率性好的低成本正极材料，克服现有正极材料的不足，同时采用包覆改性，提高材料的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

第一个方面，一种高容量的锂离子电池正极材料，所述的复合正极材料由LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂、钴酸锂两种活性物质和包覆在活性物质表面的Al₂O₃包覆层组成，其中0.1<a<0.3，0.01<b<0.2，0<1-a-b<1。

作为优选，所述镍钴铝酸锂材料占镍钴铝酸锂材料和钴酸锂质量总和的10%～90%。

作为优选，所述的Al₂O₃包覆层与活性物质的质量比为0.001～0.05:1。

作为进一步优选，所述的Al₂O₃包覆层与活性物质的质量比为0.005～0.02:1。

第二个方面，一种如第一个方面所述的高容量的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴ 将一定量的LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂和钴酸锂两种活性物质按一定的比例混合均匀；

⑵ 将混合后的活性物质加入到三价铝源溶液中搅拌形成固液混合物，使铝源溶液均匀包覆在活性物质颗粒表面； 

⑶ 将步骤⑵中的固液混合物进行干燥，将干燥后的固体材料在一定温度下煅烧一段时间后，冷却、粉碎、过筛得到正极材料

作为优选，所述的LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂的D50为5～25μm，钴酸锂的D50为5～25μm。

作为进一步优化，所述的LiNi_1-a-bCo_aAl_bO₂为一次颗粒团聚而成的二次颗粒，D50为10～20μm，D10≥5μm，D90≤30μm，所述的钴酸锂的D50为10～20μm，D10≥5μm，D90≤30μm。

作为优选，三价铝源溶液为硝酸铝水溶液。 

作为优选，所述的煅烧温度为500～800℃，煅烧时间为3～10h。

与现有的技术相比，本发明的最大优点和有益效果如下：

⑴ 将两种材料按照一定比例进行混合，使所得的复合材料的比容量相对于钴酸锂有了较大幅的提高，压实密度、导电性及电压平台相对于镍钴铝酸锂材料有了较大的提高。

⑵镍钴铝酸锂正极材料极易吸收出现“果冻”现象，采用硝酸铝作为包覆材料的原材料，硝酸铝水溶液呈弱酸性，可以对复合材料进行酸洗，降低材料的pH值，同时对材料进行低温处理，可以提高材料的加工性能，保证极片的一致性。

⑶ 对混合后的材料进行表面包覆，使得包覆层在隔绝电解液与正极材料的同时使锂离子自由通过，从而在完成充放电的同时避免电解液在高电压下的分解，提高了离子电池的循环寿命以及稳定性。

对比文献：