[發(fā)明專利]一種磷鎂協(xié)同摻雜改性的富鋰錳基正極材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710791595.0
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107591534B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 任志敏;王振堯;高敏;王忠;莊衛(wèi)東
• 申請（專利權）人: 國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/46;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京智橋聯(lián)合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 段嘯冉

一種磷鎂協(xié)同摻雜改性的富鋰錳基正極材料及其制備方法和鋰離子電池，該正極材料化學式為Li_1+x(Mn_aNi_bCo_cMg_1?a?b?c)_1?xP_dO_2+δ，其中0＜x＜1，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且0.95≤a+b+c＜1，0＜d≤0.05，?0.5≤δ≤0.5。本發(fā)明提供的磷鎂協(xié)同摻雜改性的錳基正極材料應用于鋰離子電池時首次庫倫效率、倍率循環(huán)以及循環(huán)穩(wěn)定性均顯著提高且材料振實密度有所提高。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料領域，具體涉及一種磷鎂協(xié)同摻雜改性的富鋰錳基正極材料及其制備方法和在鋰離子電池。

背景技術

目前，電動汽車面臨續(xù)航里程短和安全性不足的問題，制約了其快速發(fā)展與應用。解決續(xù)航里程最直接有效的方法為采用高比容量的電池正負極材料。鋰離子電池因其電壓高、循環(huán)壽命長、無記憶效應等優(yōu)勢成為目前新能源汽車市場的主流，但目前商用的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料比容量較低，也難以滿足汽車動力電池對于續(xù)航里程的要求。

富鋰錳基正極材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂)具有比容量高，可高達300mAh/g、成本低等優(yōu)勢，被視為高能量密度動力鋰電池的理想選擇，成為目前熱門的高容量正極材料。但其存在的首次效率低、倍率性能差等缺點成為制約其市場化的主要障礙，也成為當前研究的重點和難點問題。目前常見的改善電化學性能的方法主要包括摻雜和包覆，比如CN106229502A采用硫陰離子摻雜改性富鋰錳基正極材料的方法，得到的富鋰正極材料具有較好循環(huán)穩(wěn)定性和倍率放電性能，首次效率達到95％以上。CN 105895903A采用陰離子F^-、Cl^-、Br^-按照一定比例對材料進行摻雜改性，最終得到一類新型富鋰層狀正極材料。

實際上摻雜離子與基體的作用機理非常復雜，摻雜離子的大小、電子結構、電負性等特性都對材料的電化學性能有較大影響，進行多離子摻雜時相互間也會產生作用，因此摻雜離子種類及濃度是材料電化學性能能否改善的關鍵因素。此外，某些異價金屬摻雜還有可能會導致機體材料某些元素變價，從而改變整個材料的電子結構。但目前國內外針對富鋰錳基正極材料的摻雜改性往往只局限于一種元素，部分研究采用多元素共摻的方法對富鋰錳基進行改性，比如CN 105552335A(鐵釩共摻)、CN104218235A(鈉/鉀和氟/氮/磷共摻)、CN 103943842A(氯鎘共摻)通過多元素摻雜，均取得較為明顯的改善效果。

但是多數摻雜研究僅僅關注材料電化學性能的改善，甚至只注重電化學性能中某一項(比容量、首次庫倫效率、循環(huán)、倍率等性能)而影響其他性能發(fā)揮，往往忽略對材料加工性能的改善。而富鋰錳基正極材料本身振實密度較低，會導致其加工性能較差且制備出的電池極片壓實密度低等諸多問題，最終影響電池制備成本和體積能量密度。

發(fā)明內容

為此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種磷鎂離子協(xié)同摻雜改性的富鋰錳基正極材料，本發(fā)明通過陰陽離子的摻雜協(xié)同作用，有效的改善了富鋰錳基正極材料的首次庫倫效率、倍率以及循環(huán)性能，通過摻雜還一定程度提高了材料的振實密度，改善了材料的加工應用性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種磷鎂協(xié)同摻雜改性的富鋰錳基正極材料，具有式(I)所示通式：

Li_1+x(Mn_aNi_bCo_cMg_1-a-b-c)_1-xP_dO_2+δ (I)

其中0＜x＜1，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1且0.95≤a+b+c＜1，0＜d≤0.05，-0.5≤δ≤0.5。