[發明專利]一種化學計量相鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310337142.2
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103441266A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 徐世國;胡峻華;張繼泉;周恒輝
• 申請（專利權）人: 北大先行科技產業有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種高性能鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的二次電池，具有比容量高、電壓高、安全性好的特點，廣泛應用于便攜式電子產品。常用的鋰離子電池正極材料有LiCoO₂、LiNiCoO₂、LiNiCoMnO₂、LiFePO₄和LiMn₂O₄等。

對于鋰離子電池正極材料而言，只有材料的晶格中是化學計量比（stoichiometric?phase）時，才可以使材料發揮出本身所具有的最高性能。例如，LiCoO₂，僅有Li:Co非常接近于1：1的化學計量的LiCoO₂具有適用于商業鋰離子電池中活性材料的特性。如果Li含量高于1:1時，則LiCoO₂將與第二相共存，該第二相含有過量的鋰，在一定程度上造成Li層和過渡金屬層的混排，以及多余的Li進入到晶格間隙位置，影響材料性能的發揮。類似的問題，同樣出現在LiNiMnCoO₂、LiMn₂O₄等所有鋰離子電池材料中。

在實際生產中，為了能夠獲得具有一定粒度的鋰離子電池正極材料，或者是為了修飾鋰離子電池正極材料的形貌、表面，往往加入的Li源都是需要過量的，即，加入Li的量大于化學計量比所需Li的量。也就是說，為了實現一些物理指標，犧牲了材料的一些電性能指標。

在保證物理指標符合要求的前提下，為了減少材料電性能的犧牲。研究者們都在進行著探索，例如中國專利CN?101438436A利用引入Li受體的方法，在生產LiCoO₂的過程中，引入了大量其他元素，該方法雖然在一定程度上改善了LiCoO₂的電性能，但是由于引入了大量其他的元素，致使得到的材料不是純的LiCoO₂正極材料，而是一種混合體系，所以雖然改善了LiCoO₂某方面的電性能，但是也犧牲了其他方面的電性能，例如放電平臺。北京理工大學孫文彬發表在《電源技術》2012年第1期75-78頁的《LiCoO₂的TiO₂包覆原理探索研究》，在里面介紹了用Co₃O₄包覆LiCoO₂的優勢，事實上，這也是為已經制備好的LiCoO₂找一種Li的受體，只是體現在了包覆過程中，這在生產過程中，會增加工藝過程，增加生產成本。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種化學計量相鋰離子電池正極材料及其制備方法，該方法簡潔易行，適用于所有氧化物類鋰離子電池正極材料，如LiCoO₂、LiNiCoMnO₂、LiMn₂O₄等，但不局限于所列舉的。

本發明的一種化學計量相鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

1）按照所要制備的鋰離子電池正極材料化學計量比，稱取鋰源、前驅體與摻雜元素M的化合物，并均勻混合，得到混合物料；

2）將混合物料放入800℃～1100℃的高溫爐中，保溫5～15小時；

3）保溫結束后，按照1℃/min～10℃/min降溫，降至600℃～1000℃，向高溫爐中通入能夠與鋰反應的氣態物質；

4）停止通入能夠與鋰反應的氣態物質后，物料隨爐冷卻，得到化學計量相鋰離子電池正極材料。

步驟1）中，所述摻雜元素M的摻雜量為0.02wt.%～0.5wt.%。

步驟1）中，按照所要制備的鋰離子電池正極材料化學計量比計算需要的Li的摩爾量，計算需要的前驅體的摩爾量，按照摻雜元素M的摻雜量計算摻雜元素M的摩爾量，其中實際稱取的鋰源中Li的摩爾量為計算出的Li的摩爾量的1.01～1.2倍，實際稱取的前驅體與摻雜元素M的化合物的摩爾量即為計算出的對應的摩爾量。

步驟1）中，所述前驅體為合成鋰離子電池正極材料所需的金屬化合物，選自氧化物、氫氧化物、草酸鹽、醋酸鹽、碳酸鹽等中的一種或多種。

步驟1）中，所述摻雜元素M為Be、B、F、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Mo、Sn、Bi、Ba等中的一種或多種。