[發(fā)明專(zhuān)利]一種表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911417710.3
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111326730B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅冬;謝惠嫻;林展;梁子揚(yáng);崔佳祥;丁曉凱;任晴晴;張祖豪;張博陽(yáng);譚富林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/485
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 張燕玲

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料及其制備方法和應(yīng)用。該材料的化學(xué)式為L(zhǎng)i_1.2?xMn_0.6Ni_0.2M_xO₂，M為Mg、Al、Zn、Y、Li或Ce，0x0.1。制備步驟是將過(guò)渡金屬的前驅(qū)體加硝酸鹽，在箱式爐或烘箱中進(jìn)行100～400℃預(yù)處理，所得粉體和鋰鹽和熔融鹽混合，在700～1000℃熱處理，水洗干燥再在300～600℃條件下回?zé)频谩Ｔ摫韺犹荻葥诫s富鋰層狀氧化物正極材料容量衰減較慢，并且倍率性能較佳。當(dāng)電壓窗口為2～4.8V，電流密度為200mA/g時(shí)，經(jīng)過(guò)250次充放電之后，材料的容量保持率為90％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有使用壽命長(zhǎng)、比能量較大、充放電的效率比較高和安全性能較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、手提電腦和攝像機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鋰離子電池生產(chǎn)的核心技術(shù)是正極材料，富鋰層狀材料已經(jīng)成為最有潛力的下一代鋰離子電池候選正極材料。目前來(lái)說(shuō)，富鋰層狀氧化物存在的主要問(wèn)題之一就是循環(huán)穩(wěn)定性差，壽命短，因此嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)化的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明的首要目的在于提供一種表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料的制備方法。該方法主要是對(duì)商業(yè)化的Mn_0.75Ni_0.25CO₃或Mn_0.75Ni_0.25(OH)₂前驅(qū)體進(jìn)行簡(jiǎn)單的硝酸鹽預(yù)處理，在前驅(qū)體表面均勻包覆氧化物，隨后利用熔融鹽法高溫煅燒，在材料表面進(jìn)行元素的微量、均勻摻雜。該處理方法成功地對(duì)富鋰層狀氧化物材料表面進(jìn)行修飾改性，使得材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，保持電池在長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中的穩(wěn)定性；同時(shí)，表面包覆的氧化物避免了材料活性物質(zhì)的裸露，減少與電解液發(fā)生副反應(yīng)而造成的結(jié)構(gòu)破壞與抑制電化學(xué)阻值的增加。該制備方法克服了富鋰層狀氧化物材料容量衰減快、循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，并且處理過(guò)程具有工藝簡(jiǎn)單，易于控制、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的商業(yè)化前景。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料，該正極材料的化學(xué)式為L(zhǎng)i_1.2-xMn_0.6Ni_0.2M_xO₂，M為Mg、Al、Zn、Y、Li或Ce，0x0.1。

上述的一種表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料的制備方法，包括以下操作步驟：

將過(guò)渡金屬的碳酸鹽前驅(qū)體與硝酸鹽混合，在箱式爐或烘箱中進(jìn)行100～400℃預(yù)處理；反應(yīng)結(jié)束后水洗除去雜質(zhì)，進(jìn)行干燥；將干燥所得前驅(qū)體A與鋰鹽以及熔融鹽混勻，在700～1000℃進(jìn)行熱處理，反應(yīng)結(jié)束后隨爐冷卻；將所得樣品水洗除去雜質(zhì)，烘干后得粉體；將粉體在300～600℃條件下回?zé)Y(jié)束后即制得表層梯度摻雜富鋰層狀氧化物正極材料。

優(yōu)選的，所述過(guò)渡金屬的碳酸鹽前驅(qū)體為Mn_0.75Ni_0.25CO₃；所述硝酸鹽為M(NO₃)_y，M為Mg、Al、Zn、Y、Li或Ce。

優(yōu)選的，所述鋰鹽為乙酸鋰、碳酸鋰和氫氧化鋰中的一種以上。

優(yōu)選的，所述熔融鹽為氯化鈉和氯化鉀。