[發明專利]一種鋰離子電池層狀正極材料雜化表面的制備方法

有效

• 申請號: 201811485963.X
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109360984B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 侯配玉;李鳳;徐錫金
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明公開一種鋰離子電池用具有雜化表面的層狀正極材料的制備方法：首先將前驅體置于聚陰離子(XO₄)^n?(X＝P或Si)溶液，由于聚陰離子與過渡金屬離子溶度積常數Ksp更低，且化學反應會優先在前驅體表面發生，因此會發生前驅體表面氫氧化物相或碳酸鹽相向聚陰離子相的轉變反應，得到表面聚陰離子相包覆的前驅體；然后加入計量比的鋰源，使得鋰與過渡金屬摩爾比Li/Ni?Co?Mn＝(1+z)/(1?z)～(1+z)/(1?z)+0.05，在高溫下煅燒，此時由于聚陰離子較大的離子半徑，只能～1.5mol％聚陰離子能夠摻雜到層狀材料的主體結構，而剩余的聚陰離子則會與鋰離子在層狀材料表面形成快鋰離子導體相Li₃PO₄或Li₂SiO₃，最終形成表面聚陰離子(XO₄)^n?摻雜與快鋰離子導體相共生具有雜化表面的鋰離子電池用層狀正極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別涉及一種鋰離子電池層狀正極材料雜化表面的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為高能量密度的儲能技術已廣泛應用到“3C”便攜式電子設備，并逐步向大容量、高功率系統如電動工具及汽車、高效儲能及軍事系統拓展。相比于綜合性能優異的碳負極，高成本、低容量的正極材料限制了鋰離子電池性能的提升及其在大容量、高功率系統的廣泛應用，因此開發低成本、高性能的正極材料對于推動鋰離子電池發展具有重大的意義。

1999年，Liu及其合作者最早制備并報道了三元層狀正極材料LiMn_xCo_yNi_1-x-yO₂(0x，y1,0x+y1)，顯示出較高的容量和優異的循環穩定性。LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂是LiCoO₂-LiNiO₂-LiMnO₂三者形成的固溶體，它在很大程度上綜合了這三種層狀材料的優勢。LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂與LiCoO₂具有相同的α-NaFeO₂型層狀結構，其中Li⁺占據3a位，過渡金屬離子占據3b位，O^2-占據6c位。

此后，2001年Ohzuku等制備了Mn-Co-Ni等比例的層狀材料LiMn_1/3Co_1/3Ni_1/3O₂，這種層狀正極材料具有高的放電比容量、優良的大倍率放電容量和安全特性，引起了后續越來越多的關注。2002年，Jahn等又進一步合成了系列Ni/Mn等比例的層狀材料LiNi_xCo_1-2xMn_xO₂(0≤x≤1/2)。在這類材料中Ni、Co和Mn分別為+2、+3和+4價，其中Mn⁴⁺不具有電化學活性，在電化學過程中能夠穩定層狀結構，Ni²⁺和Co³⁺參與電化學反應，其氧化還原電對分別為Ni^2+/3+/4+和Co^3+/4+。因此LiNi_xCo_1-2xMn_xO₂(0≤x≤1/2)材料同樣具有優異的電化學性能。