[發明專利]一種表面碳修飾的層狀三元富鋰材料及其應用

有效

• 申請號: 201711016740.4
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN109713244B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 王連邦;蘇利偉;傅江浩;吳昊
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

本發明公開了一種新型表面碳修飾的層狀富鋰三元正極復合材料及其制備方法。本發明采用一種模板法制備了表面碳修飾的層狀富鋰三元材料，解決了層狀富鋰三元材料結構穩定性的問題。合成的材料作為鋰離子電池正極材料擁有比容量高，循環穩定性好的優點。

技術領域

本發明涉及到鋰離子電池正極材料領域，特別涉及到一種表面碳包覆修飾的層狀三元富鋰材料。

背景技術

鋰離子電池層狀三元富鋰正極材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Co，Ti，Ni等)的理論容量能夠高達300mAh g^-1，實際可達到的比容量也能夠大于200mAh g^-1。因為層狀三元富鋰材料在高電位下充放電時擁有高容量與長循環的特點，因而其具有較高的能量密度，可以作為能量密度300Wh kg^-1以上的鋰離子電池正極的候選材料，而且這類材料以Mn元素為基礎，因而在原料、成本、熱安全性方面都具備獨特的優點。

但層狀三元富鋰材料在充放電過程中存在層狀結構向尖晶石結構轉變的問題，使得材料容量降低和電壓衰減。另外，富鋰材料中Mn³⁺存在Jahn-Teller效應，并且活性物質與電解液接觸會造成Mn的溶解，此外富鋰材料的導電性不佳。上述問題限制了其大規模商業化應用。

目前針對合成0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂復合材料做了大量研究，其中包括共沉淀法、固相法、溶膠凝膠法等，但這些方法制備的復合材料結構穩定性不佳。

發明內容

發明的主要目的是提供一種表面碳修飾的層狀三元富鋰材料的制備方法。β-MnO₂擁有與富鋰材料相似的層狀結構，合成的材料擁有棒狀結構，形貌易控制，得到的材料作為鋰離子電池正極材料擁有容量高和性能穩定的優點。

為了解決以上提到的技術問題，包括以下步驟：

一種表面碳修飾的層狀三元富鋰材料，所述材料按以下步驟制備：

(1)將錳源、鎳源、鈷源、鋰源按所含金屬元素(即所含錳、鎳、鈷、鋰元素)的物質的量比3.9～4.2:1:1:9.2～10.8混合，球磨2～6h，得到研磨后的粉末；

(2)將步驟(1)得到的研磨后的粉末在空氣氣氛下煅燒，煅燒溫度為700～900℃，煅燒時間為8～16h，得到0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂；

(3)將碳源、步驟(2)得到的0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂與H₂O混合加入水熱釜中，攪拌10～30min；所述碳源在H₂O中的濃度為0.005～0.015mol/L，所述0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂在H₂O中的濃度為0.1～0.2mol/L；

(4)將所述水熱釜密封并放入烘箱中，控制水熱溫度150～200℃，水熱時間1～3h，取出后用水與乙醇離心，在40～60℃下烘干；