[發明專利]一種表面包覆的鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310498977.6
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN103594696A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 劉云建;任帥東;高燕東;潘凌理;高彥涌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種表面包覆的鋰離子電池高電壓正極材料的制備方法，屬于新能源材料領域。

背景技術

鋰離子電池因為其能量密度高、循環性能好、綠色無污染等優點，自上個世紀90年代問世以后，就得到迅速發展，近年來電動汽車的快速發展，對鋰離子電池又提出了新的要求。

在目前已經商業化的鋰離子電池正極材料中，LiMn₂O₄，LiFePO₄以及三元正極材料被認為有可能成為新一代電動汽車用鋰離子電池正極材料，但是由于LiMn₂O₄的循環性能差，LiFePO₄的能量密度低、倍率性能差以及三元正極材料的安全性能差等原因，上述三種正極材料的應用進展比較緩慢。

LiNi_0.5Mn_1.5O₄是新一代的鋰離子動力電池正極材料，它具有較高的工作電壓平臺（4.7?V），較高的能量密度（>160?Wh/Kg），優異的循環性能，倍率性能和安全性能，而受到研究者的關注，被認為是下一代的鋰離子動力電池正極材料的首選；但是由于LiNi_0.5Mn_1.5O₄的工作電壓高，對電解液的分解作用明顯，進而影響了LiNi_0.5Mn_1.5O₄在全電池中的循環性能；因此有必要對LiNi_0.5Mn_1.5O₄進行表面修飾改進，目前已報道和已公開的專利中，涉及的包覆LiNi_0.5Mn_1.5O₄的主要有氧化物，氟化物以及C等，但是從目前的結果來看，其放電容量和循環性能還有待進一步提高。

發明內容

本發明提供了一種包覆型LiNi_0.5Mn_1.5O₄正極材料及其制備方法，具體的發明內容如下：

（1）取LiNi_0.5Mn_1.5O₄置于錳鹽溶液中，利用攪拌機攪拌，保持水溶液溫度在50-85℃，同時向溶液中添加錳鹽沉淀劑，在LiNi_0.5Mn_1.5O₄表面沉積錳化合物，經過過濾干燥得到表面包覆錳化合物的LiNi_0.5Mn_1.5O₄粉末。

（2）根據LiNi_0.5Mn_1.5O₄表面包覆的錳化合物的種類和質量，按照合成Li₂MnO₃的化學計量比，稱取干燥后的粉末和鋰鹽混合；加入液態有機物，在球磨機中進行濕磨，球磨完成后取出干燥，接著在200-300℃下焙燒1-5h，然后再在600-700℃下焙燒4-12h，得到本發明所述的正極材料。

上述步驟1中的錳鹽為硫酸錳、硝酸錳或氯化錳，錳鹽濃度為0.1-1mol/L；錳鹽沉淀劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀；錳鹽沉淀劑的濃度為0.1-1mol/L。

上述步驟2中的鋰鹽為氫氧化鋰、碳酸鋰或醋酸鋰；液態有機物為乙醇或丙酮；固液質量比為0.1-0.5：1，球磨時間為2-8h。

正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄表面包覆的Li₂MnO₃的質量分數控制在LiNi_0.5Mn_1.5O₄與Li₂MnO₃質量之和的0.5-5%之間。

該材料和目前現有的材料相比，具有以下優點：

1?利用Li₂MnO₃和電解液之間的反應惰性，有效地抑制了正極材料和電解液之間的反應，提高了正極材料的循環性能。

2?利用Li₂MnO₃在4.5V以上脫嵌鋰反應，一定程度上提高了正極材料的放電比容量。

附圖說明