[发明专利]一种原位发展的异质核壳结构的锂离子电池正极材料及其制备方法

摘要

一种原位发展的异质核壳结构的锂离子电池正极材料及其制备方法，是以富锂层状相材料为核层、并在此核层的表面原位生成异质尖晶石相的复合材料，其制备步骤如下：通过碳酸盐或者氢氧化物共沉淀法制备含有Ni、Mn和M的富锂层状相材料，然后将其分散于Ni，Mn和M的混合盐溶液(溶液中Ni、Mn和M的物质的量之比与富锂层状材料相同)中，再次进行共沉淀反应得到混合金属碳酸盐(或金属氢氧化物)包覆的富锂层状材料，在不加入Li源的条件下，将其进行高温焙烧即可得到原位发展的异质核壳结构的锂离子电池正极材料。本发明的优点是：壳层对核层形成均匀、完整、厚度可控地包覆，核层和壳层之间没有明显的相界，提高了材料的电化学性能。

主权项

1.一种原位发展的异质核壳结构的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的原位发展的异质核壳结构的锂离子电池正极材料，是以一次颗粒为纳米晶粒，二次颗粒为球形的富锂层状相材料为核层、并在此核层材料的表面原位生成异质尖晶石相壳层的复合材料，其表达式为x[Li1.5Ni0.25‑aMn0.75‑aM2aO2.5]·(1‑x)[Li0.5Ni0.25‑aMn0.75‑aM2aO2]，式中0.7≤x<1，0≤a≤0.25，M为Co、Fe、Cr和Al中的一种或者几种任意比例的混合；制备步骤包括：1)将Ni盐、Mn盐和含有M的盐溶于去离子水中，按照Ni、Mn和M的物质的量之比为(0.25‑a):(0.75‑a):2a的比例配制金属离子总浓度为0.5‑5.0mol/L的混合盐溶液，得到反应液A；2)在持续搅拌条件下，向上述反应液A中缓慢加入下述反应液B1或反应液B2，进行共沉淀反应，反应液B1：氨水和碳酸钠的混合溶液，其中氨水浓度为0.2mol/L，碳酸钠浓度为2‑4mol/L；反应液B2：氨水和氢氧化钠的混合溶液，其中氨水浓度为0.2mol/L，氢氧化钠浓度为2‑12mol/L；当加入反应液B1时，通过调节其流速，控制反应液A的pH值为7.5‑9；当加入反应液B2时，通过调节其流速，控制反应液A的pH值为10‑13；反应液B1或B2的总加入量以反应液A中过渡金属离子完全沉淀为标准；在本步的共沉淀反应中，反应时间为20‑28小时，反应液A的搅拌速度为300‑700rpm；共沉淀反应结束后，静置15‑30h，分离共沉淀反应产物并用去离子水洗涤至中性，然后将此共沉淀反应产物在80‑200℃条件下烘干，得到前驱体材料；3)按照物质的量之比Li:Mn为1.5:(0.75‑a)的比例称取Li2CO3，并与步骤2)得到的前驱体材料混和均匀，置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为750‑1000℃，焙烧时间为8‑25h，然后经冷却、过筛，得到一次颗粒为纳米晶粒、二次颗粒为球形的富锂层状相的核材料Li1.5Ni0.25‑aMn0.75‑aM2aO2.5；4)配制与反应液A相同组份和相同金属离子比例的反应液C，反应液C与反应液A中所含的过渡金属离子总物质的量之比为(1‑x):x，将步骤3)得到的富锂层状相材料加入到反应液C中并进行搅拌，使富锂层状相核材料在反应液C中分散均匀，得到反应液D；5)在持续搅拌条件下，向上述反应液D中缓慢加入反应液B1或反应液B2，本步骤的控制条件与步骤2)相同，得到中间产物；6)将上述步骤5)中间产物置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为600‑1000℃，焙烧时间为8‑25h，即可原位生成以富锂层状相材料为核层，以原位生成的异质尖晶石相为壳的锂离子电池正极材料x[Li1.5Ni0.25‑aMn0.75‑aM2aO2.5]·(1‑x)[Li0.5Ni0.25‑aMn0.75‑aM2aO2]。