[發(fā)明專利]鉻摻雜鋰鎳錳氧材料及其制備方法、含該材料的鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210142090.9
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN102637867A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉三兵
• 申請（專利權(quán)）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉻摻雜鋰鎳錳氧材料及其制備方法、含該材料的鋰離子電池。

背景技術(shù)

近年來，隨著能源、環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻以及電子產(chǎn)品輕型化的要求，科研人員對鋰離子電池的研究不斷深入。由于商業(yè)化的鋰離子電池正極材料LiCoO₂價(jià)格高、有毒性，科研人員一直努力尋找其替代品。錳酸鋰由于其價(jià)格低廉、無毒而倍受關(guān)注。而含有鎳的LiNi_0.5Mn_1.5O₄充放電過程中主要存在4.7V的平臺(tái)，對應(yīng)Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化-還原過程，還有極小的4V平臺(tái)，對應(yīng)于Mn³⁺/Mn⁴⁺的氧化-還原過程。由于LiNi_0.5Mn_1.5O₄的理論比容量可達(dá)到146.7mAh/g，有希望作為動(dòng)力電池材料，成為當(dāng)今鋰離子電池材料研究的熱點(diǎn)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些問題，例如：現(xiàn)有技術(shù)中LiNi_0.5Mn_1.5O₄存在氧缺陷，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，電壓平臺(tái)高導(dǎo)致的電解液分解，Mn的溶解及Jahn-Teller效應(yīng)等問題，最終導(dǎo)致該材料循環(huán)性能低下。

為了進(jìn)一步改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，不少科研人員對其進(jìn)行了元素?fù)诫s或表面改性處理，并取得了一定的進(jìn)展。Sung?Bin?Park等采用溶膠-凝膠法合成了摻雜鉻的LiNi_0.45Cr_0.05Mn_1.5O₄正極材料（Sung?Bin?Park、Won?Sob?Eoma、Won?Il?Chob、et?al，Journal?of?Power?Sources，2006，159：679-684），0.5C充放電循環(huán)，首次放電比容量為137mAh/g，循環(huán)50次，容量保持率為97.5%。張乃慶、楊同勇、孫克寧等，一種提高鋰離子電池正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄電化學(xué)性能的方法，中國專利申請?zhí)枺篊N201010177822.9，通過將硝酸鉻溶于乙醇水溶液，加入LiNi_0.5Mn_1.5O₄，分散，煅燒，得到高電化學(xué)性能的鉻摻雜的正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有鋰鎳錳氧材料和由其制備的鋰離子電池的循環(huán)性能低下的問題，提供一種鉻摻雜鋰鎳錳氧材料的制備方法。

解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種鉻摻雜鋰鎳錳氧材料的制備方法，包括：

1）共沉淀法制備前軀體Ni_0.5-xCr_xMn_1.5-x/2(OH)₄步驟：

按物質(zhì)的量比例Ni︰Cr︰Mn=(0.5-x/2)︰x︰(1.5-x/2)配制鎳前驅(qū)體、鉻前驅(qū)體、錳前驅(qū)體的混合物水溶液，向混合物水溶液中加入堿性pH值調(diào)節(jié)劑，將pH值控制在12.6~13，得到前驅(qū)體Ni_0.5-xCr_xMn_1.5-x/2(OH)₄，其中：x滿足0.02≤x≤0.2；

2）混料步驟：

按物質(zhì)的量比例Li︰Ni︰Cr︰Mn=(1.02～1.05)︰(0.5-x/2)︰x︰(1.5-x/2)將鋰源和所述前驅(qū)體Ni_0.5-xCr_xMn_1.5-x/2(OH)₄混合得固體混合物，粉碎，得粉碎混合物；

3）三段式燒結(jié)步驟：