[發(fā)明專利]一種高倍率富鋰正極材料的改性方法

有效

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• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102569808A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 趙煜娟;郭彩霞;孫國平;任文鋒;吳銳
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發(fā)明涉及高倍率富鋰正極材料的一種表面改性方法，屬于鋰離子電池正極材料技術領域。

背景技術

近年來，在汽油價格的飛漲，全球倡導新能源、節(jié)能減排、低碳經濟的大環(huán)境下，具有高能量密度和高功率密度的鋰離子電池就成了人們關注的焦點。而目前商業(yè)化的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄由于容量相對較低，無法滿足高要求的3G電子產品和電動汽車對鋰離子電池正極材料的需求，從而使得具有較高電壓和較高比容量的富鋰正極材料成為人們研究的熱點。

鋰離子電池富鋰正極材料主要是層狀材料Li₂MnO₃與LiMO₂(M＝Ni，Co，Ni_0.5Mn_0.5…)按不同比例形成的固溶體xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，也可以寫作Li[M_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(1/5≤x≤1/3)。Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂具有和LiCoO₂相似的理想層狀結構，在M層中Li和Mn的個數比為1∶2，Li和[Li_1/3Mn_2/3]交替占據八面體位置。固溶體Li[M_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂具有α-NaFeO₂層狀構型，屬于六方晶系，R-3m空間群，Li占據3a，過渡金屬Ni和Mn占據3b位。

鋰離子電池富鋰正極材料Li[M_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂充電至4.5V以上，其放電容量可以達到250mAh/g以上，并且在充放電過程中表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。但是其較大的首次不可逆容量和較差的倍率性能嚴重阻礙了其商業(yè)化進程。表面改性可以有效地減少其首次不可逆容量損失，提高電極材料的電化學性能。近年來，國內外學者已經通過在富鋰正極材料表面包覆惰性氧化物(Al₂O₃、TiO₂、RuO₂等)來改善其電化學性能，但其均是在低倍率充電后才能在高倍率放電時獲得較高的容量，美國德克薩斯大學A.Manthiram課題組對富鋰正極材料進行雙層表面改性(AlPO₄+Al₂O₃、Al₂O₃+RuO₂)，在低倍率(C/20)下充電，2C時其放電容量約為200mAh/g，5C時其放電容量僅僅為150mAh/g，這無法滿足電動設備需要快速充電的要求。

VOPO₄由于具有優(yōu)越的可插鋰性能，放電平臺電壓較高，大約為4V，比LiFePO₄材料高出0.5V左右。另外它還具有比LiFePO₄更高的電子導電率和比能量，結構穩(wěn)定，耐高溫、遇熱不分解，安全且循環(huán)壽命極長。所以將其作為包覆層包覆富鋰正極材料，有可能在減少富鋰正極材料首次不可逆容量的同時，改善其高倍率充放電性能，提高其安全性。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種固溶體富鋰鋰離子正極材料Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(1/5≤x≤1/3)的改性方法。用簡單的溶膠-凝膠和低溫熱處理方法在Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(1/5≤x≤1/3)表面包覆VOPO₄，提高鋰離子電池富鋰正極材料的倍率性能。該方法工藝簡單，操作易行，成本低廉，適合大規(guī)模工業(yè)生產。

本發(fā)明的一種高倍率富鋰正極材料的改性方法，其特征在于，包括以下步驟：