[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310084650.4
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103178252A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張英杰;夏書標(biāo);董鵬;張雁南;閆宇星
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池LIB技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種鋰離子電池正極材料以及其制備方法。

技術(shù)背景

目前商業(yè)使用的LiCoO₂是應(yīng)用最成功的鋰離子電池正極材料。但是由于其價格高，有毒性，實際放電容量低（約為理論容量的一半）等問題，制約著其進一步在動力電池方面的應(yīng)用。因此尋找低價，可逆容量大，放電電壓高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，環(huán)境友好的新型正極材料是未來鋰離子電池研究的重點。目前除了LiCoO₂的深入研究，其他研究較多的正極材料有尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn₂O₄，聚陰離子型LiFePO₄以及三元正極材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，它們都具有各自的優(yōu)缺點。尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn₂O₄：具有三維結(jié)構(gòu)的鋰離子脫嵌通道，較高的放電電壓，價格低廉環(huán)境友好等特點，但是可逆容量較低，僅有110mAh/g，并且高溫下發(fā)生Jahn-Teller效應(yīng)導(dǎo)致錳結(jié)構(gòu)的變化，阻礙了其在商業(yè)方面的應(yīng)用。橄欖石型聚陰離子LiFePO₄：是近幾年來最熱門的動力電池正極材料，其理論容量達(dá)到170mAh/g，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且磷酸鹽，鐵鹽價格都比較便宜，是理想的動力電池的正極材料。但是由于其實際放電容量在140mAh/g，電子導(dǎo)電率低等因素使得越來越多的人認(rèn)識到它在商業(yè)應(yīng)用上的局限性。

LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂具備了Ni，Co和Mn各自的優(yōu)缺點，該材料具有電化學(xué)性能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，放電比容量高等優(yōu)點。但是也存在了陽離子混排，振實密度低，循環(huán)穩(wěn)定性不夠好等缺點。因此該材料一直未能在實際應(yīng)用中代替LiCoO₂，因此進一步提高其容量性能和循環(huán)性能是目前該材料的主要研究方向。

現(xiàn)有的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂改進包括了陽離子摻雜和表面包覆。陽離子摻雜的目的主要是為了穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)，抑制Ni2+陽離子混排。表面包覆主要是抑制材料表面遭受電解液中HF的腐蝕。采用Ce離子摻雜，可以利用Ce本身的強氧化性，減低陽離子混排。同時，由于Ni4+的離子半徑較大，只能少部分的摻雜，而大部分以CeO₂包覆與材料的表面。穩(wěn)定的CeO₂?可以減緩電解液與材料表面的反應(yīng)。?

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，產(chǎn)品摻稀土鈰鋰鎳鈷錳氧三元正極材料，該方法制備出的摻Ce鋰鎳鈷錳氧三元正極材料具有良好的電化學(xué)性能，2.8V-4.2V之間，0.2C下，首次放電容量可以達(dá)到180mAh/g，并且循環(huán)穩(wěn)定性提高。制備的工藝過程簡單，操作簡便，能夠很好的控制晶體顆粒大小。

本發(fā)明制備的鋰離子電池正極材料的化學(xué)式為：LiNi_0.33Co_0.33-xMn_0.33Ce_xO₂₂，具體成分及摩爾比為Li：Ni：Co：Mn：Ce=1：0.33：0.25～0.30：0.33：0.03～0.08，結(jié)構(gòu)為層狀α-NaFeO₂結(jié)構(gòu)，空間群為R-3m。

本發(fā)明一種鋰離子電池正極材料的制備方法如下：

（1）將鎳、鈷和錳的硫酸鹽溶液按照鋰離子電池正極材料LiNi_0.33Co_0.33-xMn_0.33Ce_xO₂中鎳鈷錳的摩爾比配制成鎳鈷錳硫酸鹽的混合溶液；

（2）按照鋰離子電池正極材料LiNi_0.33Co_0.33-xMn_0.33Ce_xO₂中鎳鈷錳與鈰的摩爾比，向步驟（1）中配制的鎳鈷錳硫酸鹽的混合溶液中添加硝酸鈰溶液，并進行攪拌，得到金屬陽離子混合溶液；