[發(fā)明專利]一種高倍率富鋰正極材料的改性方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110381836.7
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102569808A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙煜娟;郭彩霞;孫國平;任文鋒;吳銳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，在汽油價格的飛漲，全球倡導(dǎo)新能源、節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)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(guān)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(chǎn)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(jié)構(gòu)，在M層中Li和Mn的個數(shù)比為1∶2，Li和[Li_1/3Mn_2/3]交替占據(jù)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(gòu)型，屬于六方晶系，R-3m空間群，Li占據(jù)3a，過渡金屬Ni和Mn占據(jù)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(dá)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(yán)重阻礙了其商業(yè)化進(jìn)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(xué)性能。近年來，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)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(xué)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(xué)A.Manthiram課題組對富鋰正極材料進(jìn)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(shè)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(dǎo)電率和比能量，結(jié)構(gòu)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(nèi)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?zé)崽幚矸椒ㄔ贚i[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(chǎn)。

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：