[發(fā)明專利]一種原位發(fā)展的異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510868600.4
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105514362B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張聯(lián)齊;馬春龍;張洪周
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

一種原位發(fā)展的異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料及其制備方法，是以富鋰層狀相材料為核層、并在此核層的表面原位生成異質(zhì)尖晶石相的復(fù)合材料，其制備步驟如下：通過碳酸鹽或者氫氧化物共沉淀法制備含有Ni、Mn和M的富鋰層狀相材料，然后將其分散于Ni，Mn和M的混合鹽溶液(溶液中Ni、Mn和M的物質(zhì)的量之比與富鋰層狀材料相同)中，再次進(jìn)行共沉淀反應(yīng)得到混合金屬碳酸鹽(或金屬氫氧化物)包覆的富鋰層狀材料，在不加入Li源的條件下，將其進(jìn)行高溫焙燒即可得到原位發(fā)展的異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：殼層對核層形成均勻、完整、厚度可控地包覆，核層和殼層之間沒有明顯的相界，提高了材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種核殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種移動式電器，如手機(jī)、相機(jī)、筆記本電腦等。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，開發(fā)高能量密度的鋰離子電池正極材料已成為目前研究的熱點(diǎn)。

近年來層狀富鋰層狀相和尖晶石相的復(fù)合材料得到了廣泛的研究。J.PowerSources,2013,240:193.報道了一種制備富鋰層狀相和尖晶石相復(fù)合材料的方法：首先制備Ni、Mn的氫氧化物共沉淀前驅(qū)體，然后按照化學(xué)計量比將其和鋰鹽混合焙燒，得到兩相均勻分布的復(fù)合材料，這種方法制備的復(fù)合材料并非是一種核殼結(jié)構(gòu)的材料，沒有形成一種材料對另一種材料的完整包覆。Adv.Mater.,2013,25:3722報道了一種在富鋰層狀材料表面包覆尖晶石材料的方法：首先將富鋰層狀材料表面包覆一層錳鹽，然后通過焙燒共融在表面形成尖晶石相，進(jìn)而制備尖晶石相包覆的富鋰層狀材料的方法，但所報道的這種方法所制備的復(fù)合材料尖晶石相和富鋰層狀相中的過渡金屬元素比例不同，不利于形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、厚度可控的核殼結(jié)構(gòu)的兩相復(fù)合材料。Phys.Chem.Chem.Phys.,2015,17:1257也提出了一種尖晶石相包覆富鋰層狀材料的方法：按照尖晶石材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的化學(xué)計量比配制Li、Ni和Mn的醋酸鹽溶液，將層狀富鋰材料分散其中，將溶劑蒸干后再焙燒，使材料表面生成尖晶石相材料，從而制得所設(shè)計的尖晶石包覆的富鋰層狀相材料，這種在材料表面添加鋰鹽生成的尖晶石殼層與富鋰層狀核層之間存在明顯的相界，較大的界面阻抗，且在循環(huán)過程中由于兩相膨脹率的不同易發(fā)生核層和殼層的分離，影響材料電化學(xué)性能的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種原位發(fā)展的異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種原位發(fā)展的異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池正極材料，該鋰離子電池正極材料以一次顆粒為納米晶粒，二次顆粒為球形的富鋰層狀相材料Li_1.5Ni_0.25-aMn_0.75-aM_2aO_2.5為核層、并在此核層的表面原位生成異質(zhì)尖晶石相Li_0.5Ni_0.25-aMn_0.75-aM_2aO₂的復(fù)合材料，其化學(xué)表達(dá)式為x[Li_1.5Ni_0.25-aMn_0.75-aM_2aO_2.5]·(1-x)[Li_0.5Ni_0.25-aMn_0.75-aM_2aO₂]，式中0.7≤x<1，0≤a≤0.25，M為Co、Fe、Cr和Al中的一種或者幾種任意比例的混合。其中，尖晶石相殼層是在富鋰層狀相核層的表面通過高溫焙燒條件下的離子擴(kuò)散原位生成；尖晶石相殼層均勻、完整、厚度可控地包覆富鋰層狀相核層；尖晶石相殼層和富鋰層狀相核層中Ni、Mn和M的物質(zhì)的量之比相同；尖晶石殼層和富鋰層狀相核層間梯度過度，沒有明顯的相界。