[發明專利]包覆的富鋰層狀氧化物及其制備

在審

• 申請號: 201380078459.7
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN105409038A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 蔣蓉蓉;夏永姚;侯孟炎;劉金龍;周龍捷;王永剛
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 祁麗;于輝

技術領域

本發明涉及包覆的富鋰層狀氧化物，尤其涉及由通過P₂O₅的氣相沉積形成的層包覆的xLi₂MO₃·(1-x)LiM’O₂的富鋰層狀氧化物(其中M為Mn、Ti、Zr或它們的任意組合；M'為Mn、Ni、Co或它們的任意組合；0<x<1)，并且涉及所述包覆的富鋰層狀氧化物的制備。

背景技術

鋰電池由于其較高的能量密度而在現在被廣泛使用。陽極和陰極是鋰電池的重要組成部件。然而，陰極材料的容量比陽極材料小得多。對于一些當前商用電池，使用陰極材料如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等，然而，這些材料具有小于200mAh/g的低容量。

目前，富鋰層狀氧化物xLi₂MO₃·(1-x)LiM’O₂(M為Mn、Ti、Zr或它們的任意組合；M'為Mn、Ni、Co或它們的任意組合；0≤x≤1)由于其可逆放電容量大，因而更加受關注。然而，此類材料因首次循環效率低、低溫下性能低劣和倍率性能差而受困擾。為了解決這些障礙，已采用表面改性，但由于需要后處理和缺少突破，因而仍受限制。在過去的幾年中，已經使用許多不同的化合物如氧化物(Al₂O₃、ZnO、TiO₂)、磷酸鹽(AlPO₄、LiNiPO₄、LiCoPO₄)和氟化物(AlF₃)進行這種材料的表面改性，以改進其電化學性能。例如，KangS.H.等人(ElectrochemistryCommunications，11,(2009),748-751)表明，與原始材料相比，LiNiPO₄包覆的0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂顯示出提高的倍率性能。倍率性能提高是由于表面上的Li-Ni-PO₄層不僅用作優異的Li⁺離子導體，而且在高電位(4.6Vvs.Li⁰)下用作保護層。

現有技術中報導的表面改性是通過濕化學法在溶液中進行。盡管已經證明通過濕化學法使用各種化合物的表面處理有效地提高材料的電化學性能，但仍然難以通過簡單的化學法獲得均勻的包覆層。

發明內容

本發明的目的是提供一種包覆的富鋰層狀氧化物，其由式xLi₂MO₃·(1-x)LiM’O₂表示的富鋰層狀氧化物和通過P₂O₅的氣相沉積形成的外層組成，其中M為Mn、Ti、Zr或它們的任意組合，M'為Mn、Ni、Co或它們的任意組合，且0<x<1。所述包覆的富鋰層狀氧化物具有均勻且連續的外層，有助于顯著提高首次循環庫侖效率(FCE)、放電比容量和倍率性能。

本發明的另一目的是提供所述包覆的富鋰層狀的制造方法，其包括：在300℃至500℃的溫度下，使富鋰層狀氧化物粉末與P₂O₅氣體接觸，其中所述富鋰層狀氧化物由式xLi₂MO₃·(1-x)LiM’O₂表示，其中M為Mn、Ti、Zr或它們的任意組合，M'為Mn、Ni、Co或它們的任意組合，且0<x<1。與常規包覆法相比，所述方法通過簡單的原位氣-固反應生成圍繞所述氧化物的更均勻包覆層，并且提供顯示出比未包覆的氧化物優異的電化學性能的包覆的富鋰層狀氧化物。

本發明的另一目的是提供包括本發明的包覆的富鋰層狀氧化物的陰極。

本發明的另一目的是提供一種可充電鋰電池，其包括包含本發明的包覆的富鋰層狀氧化物的陰極。

附圖說明

圖1示出來自實施例1的P₂O₅處理的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的TEM圖像。