[發明專利]一種釔摻雜的富鋰錳基鋰離子電池正極材料及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 201911315922.0
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111082044A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 楊培;劉建國
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發明公開了一種釔摻雜的富鋰錳基鋰離子電池正極材料及其制備方法和鋰離子電池，所述釔摻雜的富鋰錳基正極材料為層狀材料，其化學通式為Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6?xY_xO₂，其中0＜x≤0.04；將鋰源、鎳源、錳源和釔源加入到醇類溶劑中，溶解混合得到金屬鹽溶液，后將金屬鹽溶液干燥得到中間體；將中間體進行加熱燒結，得到燒結產物；冷卻后得到釔摻雜的富鋰錳基正極材料。本發明采用高溫固相法制備，工藝簡單方便，反應參數易控制，粉體顆粒無團聚，填充性好，產量大；制備得到的結構穩定，循環性能好，倍率性能較優，并能有效抑制循環過程中的容量和電壓衰減。

技術領域

本發明涉及一種鋰電池正極材料、制備方法及鋰電池，特別是涉及一種釔摻雜的富鋰錳基鋰離子電池正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

近年來，鋰離子電池在市場上的應用越來越廣泛，其高容量體積輕便等特點使其大量應用于電動車和便攜手機設備等領域。隨著社會發展，應用要求也越來越高，所以需要性能優良的鋰離子電池以滿足社會需要。決定鋰離子電池性能的一個關鍵因素便在于其正極材料的選擇和改性。而富鋰正極材料由于其在鋰離子電池中能表現出的容量高、工作電壓高、成本低等優點而廣受關注，若能解決其缺點并成功普及商業化，對全球的能源和環境戰略將有很大幫助。

大多數研究和優化的富鋰錳基正極材料都是含有鎳錳鈷三種元素在內的，而富鋰錳基正極材料0.5LiMO₂·0.5Li₂MnO₃(M＝Mn_1/2Ni_1/2)，相比于其他正極材料，選擇舍棄了昂貴的有毒性的Co元素，具有較高的充放電容量和更低廉的價格，放電比容量達到278mAh/g，是在富鋰電池市場中應用前景十分廣闊的一種正極材料。但也存在循環性能差、容量和電壓衰減快、倍率性能差的缺點。目前常見的改善電化學性能的方法主要包括摻雜和包覆，比如CN107644992A采用鈉離子摻雜代替鋰離子的方法，改善了富鋰錳基正極材料的電化學性能；CN 105895903A采用陰離子氟氯溴對材料進行摻雜改性，也在一定程度上優化了電池的電化學性能。

比較多的則是采用過渡金屬離子進行摻雜，但不同摻雜元素的各項參數對摻雜效果都存在不同的影響。一般是用過渡金屬離子替換富鋰錳基層狀結構中過渡金屬層的錳離子，如CN 107732229A的共沉淀法鈦摻雜，CN 107768664A的溶膠凝膠法鉬摻雜，CN109244444A的聚合物模板法鈮摻雜等，均取得了明顯的改善效果。這些摻雜方法為了使金屬離子容易摻雜進入晶格內部，一般選用與錳離子半徑相當的元素，都是在60pm左右。

發明內容

發明目的：本發明的目的之一是提供一種釔摻雜的富鋰錳基鋰離子電池正極材料，其結構穩定，循環性能好，倍率性能較優，并能有效抑制循環過程中的容量和電壓衰減；本發明的目的之二是提供釔摻雜的富鋰錳基鋰離子電池正極材料的制備方法，采用高溫固相法制備，工藝簡單方便，反應參數易控制，粉體顆粒無團聚，填充性好，產量大；本發明的目的之三是提供一種鋰離子電池。

技術方案：本發明的釔摻雜的富鋰錳基鋰離子電池正極材料為層狀材料，其化學通式為Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6-xY_xO₂，其中0＜x≤0.04。

優選的，所述化學通式中，0.02≤x≤0.04。

本發明還提供了所述釔摻雜的富鋰錳基鋰離子電池正極材料的制備方法，采用高溫固相法，其包括如下步驟：

(1)將原料鋰源、鎳源、錳源和釔源加入到醇類溶劑中，溶解混合得到金屬鹽溶液，后將金屬鹽溶液加熱干燥得到中間體；