[發明專利]鈣鈦礦型氧缺位化合物改性富鋰錳基正極材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110084983.1
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112909256A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 肖強鳳;雷軼軻
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G45/12;C01G51/00;C01G53/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 趙濬宇

本發明提供了一種鈣鈦礦型氧缺位化合物改性富鋰錳基正極材料、制備方法及其應用，屬于鋰離子電池技術領域。本發明所涉及的正極材料的化學式為(xLi₂MnO₃·(1?x)LiM₁O₂)@yLa_aSr_bM₂O₃，其中，0.1≤x≤0.9，0.001≤y≤0.1，a+b＝1，M₁為Mn、Co和Ni的組合，M₂為Mn、Co和Ni中的任意一種。本發明提供的正極材料先用共沉淀法制備出純相富鋰錳基正極材料，再用溶膠凝膠法對純相富鋰錳基正極材料進行包覆，最后用溶膠凝膠法得到的粉末進行燒結即得。因為本發明提供的正極材料利用鈣鈦礦型化合物中的氧缺位捕捉富鋰錳基正極材料首次充放電過程和后續循環過程中釋放的氧氣，所以提升了富鋰錳基正極材料的首次庫倫效率、容量，并有效改善了循環性能和安全性能，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鈣鈦礦型氧缺位化合物改性富鋰錳基正極材料、制備方法及其應用。

背景技術

自1991年索尼公司LiCoO₂/C技術商業化以來，鋰離子電池得到了迅速的研究和發展。迄今為止，鋰離子電池不僅廣泛應用于便攜式電子設備，也廣泛應用于電動汽車和電網。所有這些應用都要求鋰離子電池具有良好的電化學性能，包括高能量密度、高功率密度、長循環壽命、低成本和環保。與目前商業化的石墨負極(372mAh/g)相比，商用正極材料的容量相對較低，如LiCoO₂、Li(Ni_xMn_yCo_z)O₂、Li(Ni_xCo_yAl_z)O₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄，其放電比容量普遍低于200mAh/g。此外，在鋰離子電池當中，正極材料占總成本的40％左右，因此研發高能量密度、低成本和高安全性的正極材料尤為重要。

富鋰錳基層狀氧化物(LMLO)正極材料可提供超過250mAh/g的初始放電容量，接近商用正極材料的兩倍，被認為是極具應用前景的新一代鋰離子電池正極材料。但是富鋰錳基正極材料存在首次庫倫效率低、電壓衰減快、導電性差、以及高工作電位下會產生大量副反應等問題，因此，解決這些問題是實現高能量密度富鋰錳基正極材料商業化應用的必要前提。

專利CN107394200A公布了一種氟鐵酸鉀包覆改性的富鋰錳基層狀鋰離子電池正極材料及其制備方法，所述的氟鐵酸鉀包覆層是由水熱法制備，與純相富鋰錳基正極材料進行混合，得到氟鐵酸鉀改性富鋰錳基層狀正極材料。該專利中，使用水熱法制備得到的氟鐵酸鉀與純相富鋰錳基正極材料進行混合研磨，可能會導致包覆層不均勻，并且水熱法條件一致性不易控制，且不適宜大規模生產，限制了該方法的應用。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種鈣鈦礦型氧缺位化合物改性富鋰錳基正極材料、制備方法及其應用。

本發明提供了一種鈣鈦礦型氧缺位化合物改性富鋰錳基正極料，其特征在于，化學式如下：(xLi2MnO₃·(1-x)LiM₁O₂@yLa_aSr_bM₂O₃，其中0.1≤x≤0.9，0.001≤y≤0.1，a+b＝1，M₁為Mn、Co和Ni的組合，M₂為Mn、Co和Ni中的任意一種。