[發(fā)明專利]一種表面復合的層狀鋰錳鎳氧化物正極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN101834292A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 連芳;陳志偉;徐利華
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料制備的技術領域，特別涉及一種層狀鋰錳鎳氧化物表面復合α-鐵酸鋰的正極材料及其制備方法。

背景技術

二次鋰離子電池正極材料是Li⁺的唯一來源，是提高可逆存儲鋰量，提高電池使用壽命的關鍵。具有層狀結構的鋰錳鎳氧化物通式為Li_1+xMn_yNi_1-x-yO₂，(其中0≤x≤0.5和0≤y≤1)，具有以下突出的優(yōu)點：

(I)錳的原材料資源豐富、占據(jù)價格優(yōu)勢；

(II)按照一個電子發(fā)生充放電反應的標準進行計算，層狀結構Li_1+xMn_yNi_1-x-yO₂，的理論容量是尖晶石LiMn₂O₄(理論容量148mAh/g)的二倍，也比LiFePO₄材料(理論容量170mAh/g)的高。

(III)電化學過程為擴散控制，Li+在材料的層狀結構中的擴散比在尖晶石(如LiMn₂O₄)和橄欖石結構(LiFePO₄)中的大2～3個數(shù)量級(約10^-9-10^-11cm²/s)。

層狀鋰錳鎳氧化物作為鋰離子電池候選正極材料，其研究與制備技術已經公開。加拿大鋰離子電池專家J.R.Dahn首先報道了Ni替代部分Mn的LiNi_1-yMn_yO₂(0＜y≤1/2)材料，在專利PCT/GB99/02858中提出了LiMn_1-xQ_xO₂，其中x＜0.5，Q由Ni擴展到了所有過渡金屬離子。專利Ep1130665公開了Fe，Al，Ca，In?Ta，Ti，Zr，Ce，Cr等摻雜的Li_1-xMn_1-yM_yO_2-δ材料。目前，國內對層狀錳基材料的研究也比較集中，專利CN1244172C制備了用Mg和Sr摻雜改性LiMnO₂材料。專利PCT-WO141238申請保護了LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料，專利ZL200610114321.X提出了提高LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料性能的制備方法。

Ilion在專利EP1189296A2中設計了Li_1+x(Mn_1-uNi_u)_1-yCo_yO₂(u≈0.5，y＜1/3，x＞0)材料，Sony公司提出了Li(Ni_1/2Mn_1/2)_1-xCo_xO₂(專利USP6040090)。中科院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所申請了LiCo_xNi_yMn_1-x-yO₂材料的專利保護(CN100342570C)。申請人在專利ZL200610114206.2提出了Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(0＜x≤1/4)材料及其制備方法。

目前電動汽車、儲能等領域對大型鋰離子電池的需求，對鋰離子電池電極材料的使用壽命和安全性提出了更高的要求。針對于此，層狀結構的鋰離子電池正極材料的充放電庫侖效率、循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等有待進一步提高。除此之外，使用無毒、資源豐富的原材料和簡單易實現(xiàn)的工藝方法可以有效降低鋰離子電池成本，解決鋰離子電池推廣應用的價格瓶頸問題。