[發(fā)明專利]一種層狀富鋰錳基正極材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810247168.0 | 申請日： | 2018-03-23 |
| 公開（公告）號： | CN108448109B | 公開（公告）日： | 2021-07-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 彭忠東;胡國榮;杜柯;曹雁冰;沐坤昌 | 申請（專利權(quán)）人： | 中南大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/505 | 分類號： | H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001 | 代理人： | 周詠 |
| 地址： | 410083 湖南*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 層狀 富鋰錳基 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種層狀富鋰錳基正極材料，其化學(xué)式為：本發(fā)明所提供的層狀富鋰錳基正極材料，硼和鋁元素可以進(jìn)入層狀富鋰錳基的晶體結(jié)構(gòu)中，起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，從而提高循環(huán)過程的穩(wěn)定性，硼鋁共摻雜既可以抑制首次充放電結(jié)束時(shí)氧空位的消失，從而提高首次充放電效率；摻雜原子占據(jù)材料四面體結(jié)構(gòu)間隙位置，阻斷過渡金屬離子的遷移路徑，從而緩解了平均放電電壓下降，并且部分摻雜元素沉積在材料顆粒的表面，增大離子傳輸?shù)膭恿W(xué)，而改善了層狀富鋰錳基正極材料的倍率性能；硼鋁共摻雜可以發(fā)揮兩種金屬元素的協(xié)同作用，使得層狀富鋰錳基正極材料在動力電池及儲能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明制備方法工藝簡單，操作方便，降低了設(shè)備要求及制作成本，能夠滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種層狀富鋰錳基正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電低、無記憶效應(yīng)等獨(dú)特優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品，純電動汽車，混合動力汽車，儲能等領(lǐng)域。近年來，鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳鈷錳三元材料(LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2)和磷酸鐵鋰(LiFePO4)等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋰離子電池的正極材料，鈷酸鋰基本上占據(jù)了消費(fèi)類鋰離子電池的市場，但是由于其價(jià)格高、安全性能較差，一般不作為鋰離子動力電池的正極材料，錳酸鋰的成本低，但是循環(huán)性能差，尤其是高溫循環(huán)，不能滿足實(shí)際需求，鎳鈷錳三元材料目前主要應(yīng)用于動力電池，但是其能量密度不能滿足目前我國對高能量密度電池(300Wh/kg)的需求，而且成本較高，安全隱患大，磷酸鐵鋰成本低，主要應(yīng)用于電動大巴和儲能領(lǐng)域，其致命的缺陷是能量密度低，而且低溫性能較差。因此，開發(fā)高性能、低成本的鋰離子電池正極材料一直是鋰離子電池研究的主要方向。
層狀富鋰錳基正極材料可用通式xLi2MnO3·(1-x)LiMO2來表達(dá)，其中0x1，M為過渡金屬，為層狀結(jié)構(gòu)，具有很高的放電比容量(～250mAh/g)，而且工作電壓區(qū)間大于4.6V，使其具有很高的能量密度，而且錳元素比例的提高可以降低鈷的含量，因此富鋰錳基正極材料具有低成本和低毒性等優(yōu)點(diǎn)。但是富鋰錳基正極材料仍存在一些缺陷，在高截止電壓(4.6V)下，容易引起電解液分解，導(dǎo)致循環(huán)性能較差，同時(shí)首次充放電效率低，首次放電不可逆容量損失較大(40～100mAh/g)，高倍率性能差，平均放電中壓下降快。目前，層狀富鋰錳基正極材料的合成方法主要有：1)共沉淀法：幾種過渡金屬離子在原子級水平上均勻混合，樣品的形貌易形成規(guī)則球形，粒徑分布均勻；2)溶膠-凝膠法：電化學(xué)性能優(yōu)良，但產(chǎn)物的形貌不易控制，常常需要消耗大量昂貴的有機(jī)酸或醇，成本較高；3)固相法：要求原料有很好的混合，并在煅燒過程中要保持幾種過渡金屬離子有充分的擴(kuò)散。但是，目前的這些方法仍然沒有解決富鋰錳基正極材料的循環(huán)性能差、首次充放電效率低和倍率性能差的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種長循環(huán)壽命、首次充放電效率高、倍率性能好的層狀富鋰錳基正極材料及其制備方法。
本發(fā)明提供的這種層狀富鋰錳基正極材料，其化學(xué)式為：
x表示Al的摻雜量，y表示B的摻雜量，其中0x≤0.01，0y≤0.01。
優(yōu)選的，所述0.005x≤0.01，0.0025y≤0.005。
本發(fā)明還提供了所述層狀富鋰錳基正極材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將錳鹽、鎳鹽和鋁鹽配制成混合鹽溶液，將混合鹽溶液、沉淀劑加入到反應(yīng)底液中，在保護(hù)氣氛下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物干燥后得到鎳錳鋁三元前驅(qū)體；
(2)將鋰源化合物、含硼化合物加入到步驟(1)得到的鎳錳鋁三元前驅(qū)體中，研磨后得到混合物；
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