[發(fā)明專利]一種富鋰錳基復(fù)合正極材料及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201711305967.0 | 申請(qǐng)日： | 2017-12-11 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN107910542A | 公開（公告）日： | 2018-04-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 李軍;盧璐;藍(lán)利芳;黃思;許帥軍 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 廣東工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | H01M4/36 | 分類號(hào)： | H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227 | 代理人： | 王洋,趙青朵 |
| 地址： | 510006 廣東省*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 富鋰錳基 復(fù)合 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種富鋰錳基復(fù)合正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
鋰離子電池具有高比能量、高功率、高循環(huán)壽命、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于小型電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等設(shè)備中，尤其是它的高能量密度(150Wh/kg,650Wh/L)，使其在動(dòng)力汽車領(lǐng)域具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。而鋰離子電池的能量密度又主要取決于正極材料的能量密度，因此，開發(fā)出高能量密度的正極材料成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前開發(fā)的鋰離子電池正極材料主要包括層狀的鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)、錳酸鋰(LiMnO2)、尖晶石結(jié)構(gòu)錳酸鋰(LiMn2O4)、橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰(LiFePO4)，以及鎳鈷酸鋰(LiNixCoyO2)和鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMnzO2)等含鋰氧化物，比容量均在200mAh/g以下，相對(duì)于穩(wěn)定在350mAh/g以上的碳負(fù)極來說，正極材料的低容量已成為進(jìn)一步提高鋰離子電池能量密度的瓶頸，亟需開發(fā)更高容量的新型正極材料。
富鋰錳基正極材料是目前鋰離子電池研究中最受關(guān)注的一種材料，可用通式xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M＝Ni、Co、Mn，0≦x≦1)。Li2MnO3具有理想的層狀結(jié)構(gòu)，空間群為C2/m，它是由鋰層、或者混合相形成錳基富鋰正極材料，這種材料具有鋰錳混合層以及氧層的構(gòu)造。LiMO2(M＝Ni、Co、Mn，0≦x≦1)也屬于層狀結(jié)構(gòu)材料。兩者以固溶體或者納米混合物存在，具有很高的放電比容量(>200mAh/g)，平均電壓高于3.5V。由于材料中含有大量的Mn元素，與LiCoO2相比，不僅價(jià)格低，而且安全性好，對(duì)環(huán)境友好。因此，錳基富鋰正極材料被視為下一代鋰離子電池的理想正極材料。然而，該材料雖具有較高實(shí)際比容量，充放電效率卻很低，當(dāng)充放電效率增加后，其比容量下降很快，表現(xiàn)出很差的倍率性能，只有在充電電壓達(dá)到4.5V以上，Li2MnO3活化后才具有高比容量。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種富鋰錳基復(fù)合正極材料，本發(fā)明提供的正極材料穩(wěn)定性好、充放電效率高，倍率性能好。
本發(fā)明提供了一種富鋰錳基復(fù)合正極材料，包括富鋰錳基內(nèi)核、包覆在所述富鋰錳基內(nèi)核表面的磷酸鋁包覆層和包覆在所述磷酸鋁包覆層外表面的二氧化鈦包覆層。
優(yōu)選的，所述富鋰錳基內(nèi)核與所述磷酸鋁包覆層的質(zhì)量比為20～100：1；所述富鋰錳基內(nèi)核與所述二氧化鈦包覆層的質(zhì)量比為5～30：1。
優(yōu)選的，所述磷酸鋁包覆層的厚度為50～300nm，二氧化鈦包覆層的厚度為10～100nm。
本發(fā)明提供的一種富鋰錳基復(fù)合正極材料的制備方法，包括：
A)提供富鋰錳基內(nèi)核材料；
B)將磷酸鹽、鋁源和所述富鋰錳基內(nèi)核材料混合，煅燒得到磷酸鋁包覆的富鋰錳基正極材料；
C)將磷酸鋁包覆的富鋰錳基正極材料溶于溶劑中，與鈦源混合、烘干、研磨、煅燒得到富鋰錳基復(fù)合正極材料。
優(yōu)選的，步驟A)所述富鋰錳基內(nèi)核材料按照如下方法制備：
將鎳源、鈷源、錳源和摻雜金屬M(fèi)源溶于溶劑中混合，噴霧干燥得到前驅(qū)體；
將所述前驅(qū)體預(yù)燒、研磨得到前驅(qū)體氧化物；
將鋰源和前驅(qū)體氧化物混合均勻進(jìn)行預(yù)燒、煅燒得到富鋰錳基內(nèi)核材料；
優(yōu)選的，所述鎳源、鈷源、錳源和摻雜金屬M(fèi)源的摩爾比為0.12～0.13：0.12～0.13：0.52～0.54：0.01～0.02；所述鎳源為乙酸鎳和硝酸鎳中的一種或兩種；所述鈷源為乙酸鈷和硝酸鈷中的一種或兩種；所述錳源為乙酸錳和硝酸錳中的一種或兩種；所述金屬M(fèi)為Zn、Cu、Ce、Ca、Al和Mg中的一種或幾種；所述鋰源為碳酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰和硝酸鋰中的一種或幾種。
優(yōu)選的，所述步驟B)具體為：將磷酸鹽、鋁源于溶劑中混合，調(diào)節(jié)pH值為7～8，攪拌1～2h；再與富鋰錳基正極材料混合，在50℃～60℃攪拌2～3h，干燥后煅燒，得到磷酸鋁包覆的富鋰錳基正極材料。
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