[發明專利]氯元素摻雜改性的鋰離子電池富鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210216042.X
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102723472A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 張海朗;葉艷艷
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種氯元素摻雜改性的鋰離子電池富鋰正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

鋰離子電池作為二次綠色電池已在便攜式電子設備等許多領域得到了廣泛的應用，并開始拓展電動汽車等大容量電池市場。當前鋰離子二次電池使用的主流正極材料仍然是LiCoO₂，但是LiCoO₂容量利用率低、成本高，且對環境污染嚴重，這些缺點迫使人們尋求它的替品。近年來，富鋰正極材料Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O₂由于具有相對容量高，價格低廉的優勢而成為研究熱點。

Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O₂主要是由Li₂MnO₃與層狀材料LiMO₂（M=Ni,Mn,Co等過渡族金屬元素）形成的固溶體,也可以寫成xLi₂MnO₃·（1-x）LiMO₂。該富鋰材料在4.5V左右有一個脫鋰伴隨脫氧的平臺，在這個脫鋰脫氧過程中Li₂MnO₃組分得到了活化，從而可以在放電過程中表現出較高的比容量，同時Li₂MnO₃組分在充放電的過程中還能起到穩定電極材料結構的作用。

然而該類富鋰正極材料也存在初期比容量下降迅速和倍率性能差的問題。Chi?Hoon?Song等人用溶膠-凝膠法合成的Li[Li_0.2Ni_0.1Co_0.2Mn_0.5]O₂，常溫時在2-4.8V電壓范圍內，0.2C電流下的首次放電容量為274.13m?A?h/g，但是20個循環后的容量保持率僅為83.9%。Wu等人曾用AlPO₄包覆Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂，但是這種包覆層也只能提高首次庫侖效率和放電容量，對倍率性能始終沒有改善。

發明內容

本發明的目的是解決現有富鋰正極材料初期比容量下降迅速和倍率性能差的問題，提供一種高容量鋰離子電池富鋰正極材料及其制備方法。

按照本發明提供的技術方案，一種氯元素摻雜改性的鋰離子電池富鋰正極材料，所述正極材料為Li[Li_0.2Ni_{0.2-0.5b+0.5a}CobMn_{0.6-0.5b-0.5a}]O_2-aCl_a；其中，0＜a≤0.1，0≤b≤0.13；

公式中“a”代表Co元素的含量；“b”代表用氯元素摻雜改性后的Cl元素的含量，下同。

將鋰鹽、鎳鹽、錳鹽、鈷鹽、氯化鋰和助燃劑按摩爾比研磨成細粉后加溶劑混合均勻，灼燒后即得產品氯元素摻雜改性的鋰離子電池富鋰正極材料。

一種氯元素摻雜改性的鋰離子電池富鋰正極材料的制備方法，步驟如下：

（1）混合：按鋰鹽、鎳鹽、錳鹽、鈷鹽、氯化鋰和助燃劑按摩爾比1.21~1.26：0.13~0.25：0.49~0.6：0~0.13：0~0.1：0.8稱取，分別在研缽中磨細后混合均勻，再加入3~5mL溶劑，繼續研磨，直至混合物呈均勻細膩的泥糊狀；

（2）灼燒：取步驟（1）所得的泥糊狀混合物于110~130℃烘11~13小時，得到的前驅體在450~550℃預燒5~8小時后冷卻研磨，再在850~950℃下煅燒12~20小時后得到分子式為Li[Li_0.2Ni_{0.2-0.5b+0.5a}Co_bMn_{0.6-0.5b-0.5a}]O_2-aCl_a的鋰離子電池富鋰正極材料；其中，0＜a≤0.1,0≤b≤0.13。