[發明專利]一種鋰離子電池富鋰正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110147410.5
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102255069A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 郭玉國;江柯成;吳興隆;萬立駿
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池富鋰正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

隨著鋰離子電池在便攜式電子產品、電動汽車和即插式混合電動車中的廣泛應用，鋰離子電池電極材料，包括正極材料(如LiCoO₂，LiMn₂O₄和LiFePO₄等)和負極材料(如C，Sn和Si等)，受到了廣泛的關注和深入的研究。與負極材料相比，正極材料的研究相對滯后。因此，開發性能優異和價格低廉的正極材料成為了提高鋰離子電池性能的關鍵所在。在各類正極材料中，層狀結構的LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn等)材料能夠實現Li⁺在其層狀結構中的快速嵌入和脫出，并且其具有高的理論容量(270mAh/g左右)，受到了研究者們的關注和研究。其中LiCoO₂已取得了商業上的巨大成功。目前，三種常用的單組份層狀氧化物正極材料均具有自己的優缺點：LiCoO₂的電化學穩定性好，循環性能優秀，但是實際容量只能達到理論容量的一半，且價格較高；LiNiO₂比容量最高，但合成困難，并存在較大的安全隱患；LiMnO₂熱穩定性良好且價格便宜，但是充放電過程中的明顯相變導致其循環穩定性很差。此外，這三種材料充電至高電位后都存在穩定性問題，循環性能變差。以上缺點使它們在實際應用中受到一些限制。自J.R.Dahna首次報道同時含有Co、Ni和Mn的富鋰材料Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O_2+δ以來，其表現出的高放電電壓，高放電容量和良好的循環性能，受到了人們的廣泛關注。Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O_2+δ是Li₂MnO₃與層狀材料LiMO₂(M＝Mn、Ni或Co)按一定比例形成的固溶體化合物，可以寫成xLi₂MnO₃·(1-x)Li[Ni_yMn_z-xCo_1-y-z]。Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O_2+δ具有類似于LiMO₂的層狀結構，為α-NaFeO₂構型，屬于R-3m空間群。

目前已報道的富鋰材料制備過程多以共沉淀法為主，該方法在制備前體的過程中需經歷共沉淀和洗滌等多個步驟，溶劑消耗量較大，并且導致所生產的前體重復性差，產品中過渡金屬鹽的比例難以嚴格調控。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池富鋰正極材料及其制備方法。

本發明提供的鋰離子電池富鋰正極材料為Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O_2+δ納米顆粒，所述納米顆粒的粒徑為10nm-2μm；其中，0.05≤x≤0.5，0≤y≤0.95，x≤2z，0.025≤z≤0.95且0.075≤x+y+z≤1；δ為-0.2～+0.2之間的數。

上述鋰離子電池富鋰正極材料中，所述納米顆粒的粒徑具體可為20nm-800nm、20nm-900nm、20nm-1000nm、20nm-1200nm、30nm-1000nm或30nm-1200nm。

上述鋰離子電池富鋰正極材料中，x具體可為0.1、0.12、0.15、0.2或0.25；y具體可為0、0.04、0.06、0.1、0.13、0.17、0.2、0.25或0.3；z具體可為0.4、0.42、0.47、0.48、0.5、0.51、0.54或0.58；δ具體可為-0.02、-0.04、-0.05、-0.1、-0.13、0、0.01、0.02、0.04或0.1。

本發明提供了上述正極材料的制備方法，包括如下步驟：鋰鹽、過渡金屬鹽和成膠劑在溶劑中進行反應得到溶膠；將所述溶膠進行烘干得到前體粉末；所述前體粉末依次經預燒結和燒結后得到所述正極材料；所述過渡金屬鹽為錳鹽與下述鹽中至少一種的混合物：鎳鹽和鈷鹽。