[發明專利]一種鋰電池正極材料及其制備方法與鋰電池

在審

• 申請號: 201811207152.3
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109326794A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 袁石
• 申請（專利權）人: 威艾能源（惠州）有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛;黃壽華

本發明公開了一種鋰電池正極材料及其制備方法與鋰電池。該鋰電池正極材料為富鋰高錳摻鎢正極材料，化學式為Li_1+δNi_aCo_bMn_cW_eO₂，其中，δ＝0～0.2，a＝0.05～0.35，b＝0.05～0.3，c＝0.45～0.7，e＝0.005～0.012，該正極材料在電池充放電過程中具有高能量密度，并具有高的放電容量。本發明通過共沉淀反應制備得到所述鋰電池正極材料的前驅體，再將所述前驅體和鋰化合物混合、煅燒，得到所述的鋰電池正極材料。本發明的鋰電池包含所述鋰電池正極材料，基于該富鋰高錳摻鎢正極材料的鋰電池具有良好的循環性能和高倍率。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種鋰電池正極材料及其制備方法與一種鋰電池。

背景技術

全球能源危機和日益嚴重的環境污染，使得有必要發展以清潔能源為主的新型交通工具。而作為新型交通工具的動力來源，新型鋰離子電池屬于清潔能源，具有安全性好，循環性好，壽命長，無毒無污染等優點。

鋰離子電池通常包括陽極，陰極，隔板和電解質。當代的鋰離子電池一般具有碳負極(或陽極)和過渡金屬氧化物正極(或陰極)。陰極和陽極一般是層狀結構以容納鋰離子，在充電和放電過程中，鋰離子在陰極和陽極之間傳送。

正極材料作為鋰離子電池的重要部件，是決定電池安全、容量和價格的關鍵因素。在目前的商業化生產的鋰離子電池中，正極材料的成本大約占整個電池成本的20～40％，正極材料價格的降低直接決定著鋰離子電池價格的降低，對鋰離子動力電池尤其如此。另外，動力型電池在大電流放電、比能量、安全性和價格等方面的特殊要求，更加突出了正極材料的重要性。而目前所研究以及正在嘗試應用的鋰離子電池正極材料都還沒有完全達到要求，極大的制約了鋰離子動力電池的發展。

第一代鋰離子電池的正極是鈷酸鋰(LiCoO₂)，這是一種層狀化合物，氧原子以密堆積形式構成，這種結構形成與氧原子數量相當的八面體空隙。在鈷酸鋰里，一層鈷和一層鋰交替填入這些八面體空隙。當一半鋰從鈷酸鋰被移去時(電壓高于4.3V)，層狀化合物會變得不穩定。由于鈷金屬的價格昂貴，鈷酸鋰的價格也較高。為了改進其性能和降低成本，鎳和錳原子被用來代替鈷，所得到的產物仍然保持層狀物結構。一般這些化合物被稱作三元材料(NCM)。

最初的三元材料是LiNi_0.333Co_0.333Mn_0.333O₂。為了增加電容量，三元材料結構和成分的改進分兩個方向，一是提高鎳含量，如LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2，另外一個是提高鋰和錳的相對含量，如在阿貢國家實驗室(Argonne Nantional Lab)提出的富鋰高錳材料。富鋰高錳材料由于鋰過量，在納米層級形成兩種結構的混合體。這種材料具有一般式X LiM′O_2-(1-x)Li₂MnO₃，其中0＜X＜1，且其中M是一種或多種離子，平均三價氧化態和具有至少一個離子存在的Mn或Ni，且其中M′是一種或多種離子，平均四價氧化態。

富鋰高錳材料的性能和其成分有關，尤其是和Li₂MnO₃的含量有關。高Li₂MnO₃含量的材料以其高可逆容量，一度被寄以未來高比容量電池正極材料的厚望，但其商業化一直遲遲未能實現，其中一個主要問題是倍率。因此迫切需要提供一種低價有效的富鋰高錳材料，但高錳含量的富鋰技術難以實現，富鋰高錳材料的錳含量過高將會影響鋰電池的倍率。同時，適當的鎢摻雜可以提高正極材料的比容量密度和倍率性能，高錳摻鎢能夠實現富鋰高錳材料的高倍率，但高錳條件下摻雜鎢的富鋰高錳材料仍未有報道。

發明內容