[發明專利]一種摻雜金屬元素的鋰鎳鈷錳氧/氧化錫復合正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110322064.X
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102332585A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 譚強強;邱琳琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳慧珍

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料及其制備技術領域，具體地，涉及一種摻雜金屬元素的鋰鎳鈷錳氧/氧化錫復合正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是近二十年來才發展起來的一種商用充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。由于它具有能量密度高、循環壽命長、對環境友好等特點，至今已逐步替代傳統的鉛酸蓄電池、鎳氫電池等，廣泛地用作手機、數碼相機、筆記本電腦等便攜式電子設備以及電動工具、電動汽車等的配套電源。鋰離子電池主要由正極材料、隔膜、負極材料和電解液組成，現有商業化鋰離子電池之所以具有突出的能量優勢，主要得益于其負極材料(LiC₆/C)低電位和高容量的優點，負極的低電位使正極材料的高電壓得到完全發揮，同時，負極遠高于正極的容量也使正極材料成為制約鋰離子電池整體性能進一步提高的重要因素。因此，正極材料的研究受到越來越多的重視。

近年來，層狀鋰離子電池正極材料是領域內研究的熱點。在現有層狀鋰離子電池正極材料中，LiCoO₂已在小型電池中得到廣泛應用，但因過充限制，其比能量遠沒達到理論容量，且受到鈷資源的制約；層狀LiMnO₂有很高的嵌鋰容量，但循環充放電過程中晶體結構易發生塌陷，導致容量下降，循環性能變差；LiNiO₂則合成困難，過充安全性差。因此，從資源、環保及安全性能方面尋找鋰離子電池的理想電極活性材料成為國際化學電源界的熱點。多元過渡金屬鎳鈷錳復合嵌鋰氧化物LiNi_xCo_yMn_l-x-yO₂，由于其具有Ni-Co-Mn三元素協同效應，電化學性能優于任一單組分氧化物，引起廣泛關注。

鎳鈷錳三元系(Li(Ni，Co，Mn)O₂)材料的集中研究開始于2001年，T.Ohzuku和Y.Makimura(Chemistry?Letters，2001，7：642-643.)研究了利用高溫固相法在1000℃下燒結15h(空氣氣氛)，首次合成了具有優良性能的層狀α-NaFeO₂結構的鎳鈷錳三元系正極材料LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂并考察其電化學性能。雖然LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂研究時間不長，但因其與LiCoO₂具有相似結構，所以具備較好的研究基礎。

CN?1838453A公開了一種鋰離子電池正極材料鋰鎳鈷錳氧-富鋰型層狀結構鋰離子電池正極材料，其化學分子式為：Li_l+δNi_xCo_yMn_zO₂，其中1.02＜l+δ＜2，0.5＜x+y+z＜1。其制備方法包括鎳鈷錳復合氧化物的制備、鎳、鈷、錳混合鹽溶液的共沉淀、熱處理。采用本發明，原材料成本僅為LiCoO₂的1/3左右；可以獲得鎳鈷錳分子級均勻分布的前軀體，可以得到高密度型球形前軀體，從而提高電池的體積能量密度；工藝操作和控制簡單。與傳統的LiCoO₂材料的工作電勢范圍(2.75-4.3V)相比，本發明的鋰鎳鈷錳氧正極材料可以在較寬的電勢范圍內(2.75-4.6V)可逆充放電，并具有較高的比容量。