[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，尤其是涉及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。

背景技术

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=1.4214nm）。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Li_1-xNi_1+xO₂，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。