[發明專利]一種包覆型鎳錳酸鋰的制備方法

無效

• 申請號: 201310099428.1
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN104078668A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 何則強
• 申請（專利權）人: 吉首大學
• 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

本發明涉及一種高電壓鎳錳酸鋰正極材料的表面包覆方法。

背景技術

鎳錳酸鋰（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）由于具有良好的循環性能和相對高的理論容量（高達147mAh/g），并且只有一個高達4.7V左右的放電平臺，被認為是最有發展前景的高電位鋰離子電池高電位正極材料。與鈷酸鋰正極材料相比，其輸出電壓高、成本低、環境友好；與錳酸鋰正極材料相比，其在高溫循環下的穩定性大大提高；與磷酸亞鐵鋰正極材料相比，其制備工藝簡單，生產的批次穩定性好，特別是在與鈦酸鋰負極相匹配時，磷酸亞鐵鋰-鈦酸鋰單體電池僅有1.9V輸出電壓，而鎳錳酸鋰-鈦酸鋰單體電池輸出電壓可高達3.2V，優勢非常明顯。

盡管近年來，關于LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料相關方面的研究和應用在國內外均形成快速增長的勢態，一些公司如日本SANYO、韓國LG化學、美國Enerdel、法國CEA?-Liten、以色列ETVM公司已經在開始嘗試LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的商品化開發問題。但目前市場上LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料還沒有實質意義上的正式生產。

這主要是由于LiNi_0.5Mn_1.5O₄還面臨兩個問題：第一，Ni^II/Ni^IV?電對的電位在常用電解質體系的分解電壓以上；第二，由于制備過程中氧缺失，生成Li_xNi_1-xO等雜相，很難得到單相的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，導致材料的循環性能惡化。

?解決第二個問題，主要依靠改進制備方法。而解決第一個問題，一方面在于研究能耐受高電壓的電解液體系，如日本號稱已經研制出能在5V下使用的含氟電解液；另一方面通常采用表面包覆的方法。

研究表明，通過在LiNi_0.5Mn_1.5O₄表面包覆穩定的保護層，可避免或減少正極材料與電解液的直接接觸，減少電解液的分解，有效提高材料的化學穩定性。通常用作保護層的物質包括一些金屬氧化物、磷酸鹽或者金屬。迄今為止，用來對LiNi_0.5Mn_1.5O₄進行表面修飾的有ZnO、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃和BiOF、SnO₂、Li₃PO₄以及金屬Au、Zn、Ag等。

文獻報道的表面修飾方法都能在一定程度上改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄的循環穩定性，然而這些方法要么犧牲了部分正極材料的比容量（于高能量密度無益），要么堵塞了鋰離子的通道（于高倍率性能無益）。

如何在盡可能保持正極材料比容量的前提下，在LiNi_0.5Mn_1.5O₄表面包覆一層允許鋰離子“暢通”的“保護”層，是一個值得深入探討的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Li₂MnO₃表面包覆高電壓LiNi_0.5Mn_1.5O₄正極材料的制備方法，以顯著提高電極材料的循環穩定性能。

本發明的目的是以如下方式實現的：采用原位表面包覆法按照一定的質量分數將一定量的按照公知方法制備的LiNi_0.5Mn_1.5O₄粉末加入到Li₂MnO₃的前驅體溶液中，通過攪拌、蒸干和熱處理得到一定量Li₂MnO₃包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄正極材料。