[發明專利]陰離子摻雜改性的鋰離子電池(4:4:2)型三元正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310023488.5
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103943841A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 張海朗;楊威
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種陰離子摻雜改性的鋰離子電池(4:4:2)型三元正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

目前，隨著數碼產品以及電動汽車的發展，高能鋰離子可充式二次電池的研究成為了熱門課題。而鋰離子電池正極材料作為決定鋰離子電池性能及成本最重要的環節，更是成為人們研究的焦點。目前，LiCoO₂因其具有工作電壓高、容量大、放電平穩、適合大電流放電及循環性能好等特點，成為商業中應用最廣泛的正極材料。但鈷是稀有金屬，價格昂貴，對環境有一定的污染。因此，人們的研究熱點轉為用廉價的、對環境友好的其他過渡金屬化合物來替代LiCoO₂材料。LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂三元正極材料綜合LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄三類材料的特點，具備容量高、結構穩定、安全性好、成本低等優點從而成為了成為最有商品化潛力的正極材料之一。LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂是目前研究最多的三元正極材料，三元材料LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂與LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂相比，其昂貴的Co的含量更少，可在一定程度上降低材料的成本，降低生產過程對環境的污染。Ni對容量貢獻最大，Ni含量的相對增加可使材料具有更高的理論比容量，因而LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂是更具有研究價值的一種三元正極材料。而就商業化應用的要求來說，LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂正極材料需要提高的是振實密度、能力密度、循環能力以及大倍率的充放電能力。針對目前LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂三元正極材料尚存的不足，需從對材料進行摻雜改性等方面入手。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種納米級陰離子摻雜改性的鋰離子電池(4:4:2)型三元正極材料制備方法，該正極材料顆粒小而均勻，表面光滑，結晶性能好，具有容量高，庫倫效率高，高低溫條件下循環性能好，倍率性能好等優點。

按照本發明提供的技術方案，一種陰離子摻雜改性的鋰離子電池(4:4:2)型三元正極材料，所述正極材料的化學通式為LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O_2-zX_z，X為F、Cl或Br，0＜Z≤0.15；

按照摩爾比稱取可溶性鋰鹽、鎳鹽、錳鹽、鈷鹽、X鹽，分別用去離子水溶解后，加入檸檬酸溶液混合攪拌均勻，用濃氨水調節pH后加熱蒸發得到凝膠。凝膠加熱干燥后，經過兩次灼燒研磨得到產品陰離子摻雜改性的鋰離子電池(4:4:2)型三元正極材料。

一種陰離子摻雜改性的鋰離子電池(4:4:2)型三元正極材料，步驟如下：

(1)凝膠的制備：按照化學計量比(1.05∶0.4∶0.2∶0.4∶Z)稱取分析純的鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、X鹽，分別溶解于去離子水中，加入檸檬酸溶液，加入量等于過渡金屬離子的摩爾量之和，混合攪拌均勻，用濃氨水調節pH值至7-8，60-100℃水浴加熱蒸發，并不斷攪拌，直到得到深紫色凝膠；

(2)灼燒：取步驟(1)制備的凝膠在80-150℃下干燥8-15小時，而后置于300-600℃預灼燒處理4-8小時；自然冷卻至室溫研磨得到前驅體；研磨后的粉末置于700-1000℃條件下焙燒10-20小時，冷卻后繼續研磨得到產品陰離子摻雜改性的鋰離子電池(4:4:2)型三元正極材料。