[發明專利]一種高倍率鋰離子電池正極材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201210335980.1
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN102891299A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 黎軍;張麗;陳勝友
• 申請（專利權）人: 黎軍;張麗;陳勝友;童祥
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種高倍率鋰離子電池正極材料鋰鎳鈷錳氧化物固溶體，其化學通式為：Li₁₊δNi_xCo_yMn_1-x-yO₂其中0.0<δ≤0.12，0.0<x≤0.6，0≤y<0.5，0.0<1-x-y≤0.5，其特征在于該固溶體在電化學應用中具有穩定的微納結構；在室溫下用于鋰離子電池中，在2.5-4.3V之間的可逆容量高于160mAh/g，首次充放電效率高于98%，且以1.6A/g?(10C)電流放電，經歷完整的充電-放電循環60次以上，該固溶體不發生結構相變而且循環終態放電比容量高于120mAh/g。

2.根據權利要求1所述的鋰鎳鈷錳氧化物固溶體的穩定微納結構，其特征在于，固溶體晶粒包含如下四方面：

A．固溶體晶粒Xrd表征為單相層狀晶體結構，具有空間群R-3m（國際晶體學表空間群第166號）；

B．固溶體晶粒形貌為由納米尺度的一次晶粒團聚而成的具有球形、近球形、多面體形的微米尺度二次粒子多孔大顆粒；

C．固溶體晶粒納米尺度的一次晶粒中位徑尺寸為100納米～800納米；

D．固溶體晶粒微米尺度的二次粒子顆粒中位徑尺寸為1微米～50微米。

3.根據權利要求1所述的鋰鎳鈷錳氧化物固溶體，其特征在于：?0.02≤δ≤0.09，0.2≤x≤0.6，0.1≤y≤0.4，0.1≤1-x-y≤0.4。

4.權利要求1所述的鋰鎳鈷錳氧化物固溶體作為正極材料，可與非水電解質溶液或固體電解質，以及負極材料一起，組成鋰離子二次電池中的應用。

5.權利要求1所述的鋰鎳鈷錳氧化物固溶體在制備鋰離子電容器（又稱為混合超級電容器、又稱為電化學超級電容器）中作為正極材料的應用。

6.權利要求1所述的鋰鎳鈷錳氧化物固溶體的制備方法，其特征在于，包括以下六個步驟：

A．將鎳源材料、鈷源材料、錳源材料按化學通式中鎳、鈷、錳摩爾比x：y：1-x-y用去離子水或蒸餾水配制成金屬離子濃度為0.1-1.8mol/L的可溶鹽透明無沉淀的混合水溶液；

B．將步驟A制得混合水溶液置于水浴或油浴恒溫槽中保溫，恒溫溫度為25-95⁰C，再向混合水溶液中均勻加入沉淀劑水溶液，同時進行攪拌，所用攪拌機為電動攪拌器、磁力攪拌器、氣動攪拌器，攪拌機轉速為150-3000轉/分，沉淀過程結束得到水溶液、共沉淀物的懸濁液；

C．將步驟B所得懸濁液過濾，得到沉淀粉體，用去離子水或蒸餾水清洗粉體三次以上，懸濁液過濾方法為離心過濾、負壓抽濾、壓濾中的一種或多種；

D．將步驟C所得粉體置于干燥箱內，干燥箱采用紅外干燥箱、真空干燥箱、鼓風干燥箱、微波干燥箱，在80-160⁰C溫度中干燥6-24小時，即得前驅體；

E．將步驟D所得前驅體與鋰源材料按化學通式中過渡金屬Ni+Co+Mn與Li的摩爾比1:1+δ混合均勻得干燥混合物，或在去離子水和無水乙醇中混合均勻，再干燥得到干燥混合物，將混合物用研磨機研磨或球磨機球磨0.1-24小時得粉末混合物；

F．將步驟E所得粉末混合物先在300-550⁰C溫度下恒溫焙燒2-24小時，再連續以1-12⁰C/分速率升溫到650-1100⁰C，再恒溫煅燒4-24小時，冷卻到室溫，過篩最終得到權利要求1所述的氧化物固溶體正極材料。

7.權利要求6所述的鋰鎳鈷錳氧化物固溶體的制備方法，其特征在于：所述鋰源材料為碳酸鋰、硫酸鋰、硝酸鋰、乙酸鋰、檸檬酸鋰、氫氧化鋰、鹵化鋰中的一種或多種；所述鎳源材料為硫酸鎳、硝酸鎳、乙酸鎳、檸檬酸鎳、鹵化鎳中的一種或多種；所述鈷源材料為硫酸鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、檸檬酸鈷、鹵化鈷中的一種或多種；所述錳源材料為硫酸錳、硝酸錳、乙酸錳、檸檬酸錳、鹵化錳中的一種或多種；所述沉淀劑為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氨、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫氨、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀中的一種或多種。