[發明專利]一種類海膽狀含鈉富鋰層狀正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510474175.0
• 申請日: 2015-08-05
• 公開（公告）號: CN106711434B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 楊文勝;耿萌萌
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/1391
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種類海膽狀含鈉富鋰層狀正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池電極材料及其制備技術領域。該材料化學組成表示為Li_1.2?zNa_zMn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂且0.03≦z≦0.1，由六棱柱狀一次粒子構成類海膽結構。該材料先通過共沉淀方法得到過渡金屬復合碳酸鹽(MCO₃,M＝Mn,Co,Ni)前驅體，然后經過高溫焙燒得到過渡金屬復合氧化物(MO_x,M＝Mn,Co,Ni)，再將過渡金屬復合氧化物與鋰源、鈉源球磨混合后高溫焙燒獲得產品，優點在于，該材料具有良好的倍率性能和循環穩定性。在高溫焙燒過渡金屬復合氧化物、鋰源和鈉源混合物的過程中，利用鈉離子對晶面生長取向性的影響，獲得類海膽狀含鈉富鋰層狀材料，制備工藝簡單。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料及其制備技術領域，特別是涉及一種類海膽狀含鈉富鋰層狀正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著化石燃料能源的日益枯竭及環境污染問題的日益嚴峻，電動車越來越受到人們的關注。電動車的迅速發展也對動力型鋰離子電池提出了更高要求。富鋰層狀正極材料具有比現在通用正極材料更高的比容量(可達200mAh/g以上)及良好的安全性能，成為最具發展潛力的新一代動力型鋰離子電池正極材料。但富鋰層狀正極材料尚存在首周庫倫效率低、循環性能差、倍率性能低等問題，包覆、摻雜及調控材料微觀結構是改善富鋰層狀正極材料的有效手段。

在文獻(1)J Mater Chem A,2013,1,11397-11403中，Wei He等人采用聚合物熱解法制備了富鋰層狀Li_1.2[Co_0.13Ni_0.13Mn_0.54]O₂及鈉摻雜的Li_1.17Na_0.03[Co_0.13Ni_0.13Mn_0.54]O₂。研究表明，摻雜鈉進入富鋰層狀材料的鋰離子層，使合成材料具有更穩定的立方結構，表現為摻雜材料具有更明顯的棱角，具有超出理論容量的可逆放電比容量、較高的首次庫倫效率、良好的倍率性能及循環穩定性。但采用聚合物熱解法制備的材料粒徑僅為100-150nm，比商品化微米級正極材料相比粒徑小很多，成膜性較差，并且會導致較低的振實密度和壓實密度。

在文獻(2)J Mater Chem A,2014,2,15200-15208中，Xialin Liu等人采用NaOH熔融鹽法制備富鋰層狀Li_1.2(Mn_0.4Co_0.4)O₂，利用NaOH作為礦化劑，通過增加表面張力和減小體積應變能，獲得沿[0001]晶軸取向生長的六棱柱狀Li_1.2(Mn_0.4Co_0.4)O₂，且當NaOH礦化劑與過渡金屬比值R＝5時性能最佳，相較于未使用礦化劑的樣品在初始比容量及循環穩定性方面均有一定提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種類海膽狀含鈉富鋰層狀正極材料及其制備方法，該層狀正極材料結構減小了鋰離子傳輸距離，增強了充放電循環過程中結構穩定性，因此具有良好的倍率性能和循環穩定性；并且制備工藝簡單。

本發明的類海膽狀含鈉富鋰層狀正極材料的化學組成可表示為Li_1.2-zNa_zMn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂且0.03≦z≦0.1，由六棱柱狀一次粒子構成類海膽結構，粒徑在10μm左右，其結構示意圖如圖1所示。該海膽狀結構比表面積大，能與導電劑、電解液充分接觸，還可以減小鋰離子傳輸距離，增強充放電過程中結構穩定性。