[發明專利]一種正極材料及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201410776175.1
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN105789609A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 袁石;袁宇
• 申請（專利權）人: 上海兆維科技發展有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/134;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/1395
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張睿

技術領域

本發明涉及新能源材料，尤其涉及一種鋰電池的正極材料及其制備方法和用途。

背景技術

全球能源危機和日益嚴重的環境污染，使得有必要發展以清潔能源為主的 新型交通工具。新型鋰離子電池屬于清潔能源領域，具有安全性好，循環性好， 壽命長，無毒無污染等優點。

鋰離子電池通常包括陽極，陰極，隔板和電解質。當代的鋰離子電池一般 具有碳負極(或陽極)和過渡金屬氧化物正極(或陰極)。陰極和陽極一般是 層狀結構以容納鋰離子，在充電和放電過程中，鋰離子在陰極和陽極之間傳送。

正極材料作為鋰離子電池的重要部件，是決定電池安全、容量和價格的關 鍵因素。在目前的商業化生產的鋰離子電池中，正極材料的成本大約占整個 電池成本的20～40％，正極材料價格的降低直接決定著鋰離子電池價格的降 低，對鋰離子動力電池尤其如此。另外，動力型電池在大電流放電、比能量、 安全性和價格等方面的特殊要求，更加突出了正極材料的重要性。而目前所研 究以及正在嘗試應用的鋰離子電池正極材料都還沒有完全達到要求，極大的制 約了鋰離子動力電池的發展。

第一代鋰離子電池的正極是鈷酸鋰(LiCoO₂)，這是一種層狀化合物，氧 原子以密堆積形式構成，這種結構形成與氧原子數量相當的八面體空隙。在鈷 酸鋰里，一層鈷和一層鋰交替填入這些八面體空隙。當一半鋰從鈷酸鋰被移去 時(電壓高于4.3V)，層狀化合物會變得不穩定。由于鈷金屬的價格昂貴， 鈷酸鋰的價格也較高。為了改進其性能和降低成本，鎳和錳原子被用來代替 鈷，所得到的產物仍然保持層狀物結構。一般這些化合物被稱作三元材料 (NCM)(美國專利US6964828)。

最初的三元材料是LiNi_0.333Co_0.333Mn_0.333O₂。為了增加電容量，三元材料結 構和成分的改進分兩個方向。一是提高鎳含量，如LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2，另外一個 是提高鋰和錳的相對含量，如在阿貢國家實驗室(ArgonneNantionalLab)[美 國專利US6680143]提出的富鋰高錳材料。這種材料由于鋰過量，在納米層級 形成兩種結構的混合體。這種材料具有“一般式XLiM'O₂-(1-x)Li₂MnO₃， 其中0<X<1，且其中M是一種或多種離子，平均三價氧化態和具有至少一個離 子存在的Mn或Ni，且其中M'是一種或多種離子，平均四價氧化態。“。

富鋰高錳材料的性能和其成分有關，尤其是和Li₂MnO₃的含量有關。高 Li₂MnO₃含量的材料以其高可逆容量，一度被寄以未來高比容量電池正極材料 的厚望，但其商業化一直遲遲未能實現。

因此本領域迫切需要提供一種低廉有效的富鋰高錳材料。

發明內容

本發明旨在提供一種新的富鋰高錳正極材料。

在本發明的第一方面，提供了一種鋰電池正極材料，所述正極材料含鎢。

在另一優選例中，所述正極材料是含鎢富鋰錳基正極材料。

在另一優選例中，所述正極材料是Li₁₊Ni_aCo_bMn_cW_eO₂，其中

δ范圍在0到0.2；

a范圍在0.05到0.3；

b范圍在0.05到0.3；

c范圍在0.33到0.6；

e范圍在0.001到0.10。

更佳地，

δ范圍在0到0.12；

a范圍在0.05到0.3；

b范圍在0.05到0.3；

c范圍在0.33到0.6；

e范圍在0.005到0.03。

在另一優選例中，用上述本發明提供的正極材料形成的鋰電池在25℃， 2.0-4.6V，1/10C的條件下進行充放電測試，放電容量為大于205mAh。

在本發明的第二方面，提供了一種如上所述的本發明提供的正極材料的制備 方法，所述方法包括步驟：