[發(fā)明專利]一種富鋰層狀正極材料、其制備方法及由其形成的電池正極和電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110361390.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-02
• 公開（公告）號(hào): CN113097475A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巍;聶璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 高燕;許亦琳

本發(fā)明提供一種富鋰層狀正極材料、其制備方法及由其形成的電池正極和電池，所述富鋰層狀正極材料具有如下化學(xué)通式：Li_1.2Mn_0.6?x/2Ni_0.2?x/2Fe_xO_2?yCl_y，其中，x的取值為0.01～0.05，y的取值為0.01～0.02。本申請(qǐng)中富鋰層狀正極材料由于摻雜進(jìn)去的離子和材料中原有的離子有更強(qiáng)的結(jié)合力，可以減少充電過程中過渡金屬遷移到鋰位點(diǎn)上，有利于增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；同時(shí)摻雜進(jìn)去的離子增大了材料的晶面間距，有利于鋰離子的擴(kuò)散，從而增加了材料的倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池正極材料，特別是涉及一種富鋰層狀正極材料及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

隨著大型能量存儲(chǔ)設(shè)備的需求不斷增加，尋找高能電極材料也變得日益迫切。目前商業(yè)化的正極材料(如LiCoO₂，LiFePO₄)，它們的能量密度遠(yuǎn)不能滿足目前不斷增加的需求。而富鋰正極材料的比容量可以達(dá)到250mAh g^-1以上，截止電壓超過4.5V，因此已經(jīng)成為最受關(guān)注的正極材料之一。

然而富鋰正極材料仍存在不少需要解決的問題，在首圈充電過程中當(dāng)電壓達(dá)到4.5V以上時(shí)，晶格中的氧發(fā)生不可逆的氧化并從晶格中脫出，整體材料發(fā)生變化。

此外，在充電過程中脫出鋰離子后，臨近的過渡金屬占據(jù)原來的鋰空位，導(dǎo)致充電過程中脫出的鋰在放電過程中不能完全回嵌，因此存在較大的不可逆容量損失。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種富鋰層狀正極材料、其制備方法及由其形成的電池正極和電池，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中鋰電池在充放電過程中造成的容量損失的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案獲得的。

本發(fā)明首先提供一種富鋰層狀正極材料，所述富鋰層狀正極材料具有如下化學(xué)通式：

Li_1.2Mn_0.6-x/2Ni_0.2-x/2Fe_xO_2-yCl_y，

其中，x的取值為0.01～0.05，y的取值為0.01～0.02。

更優(yōu)選地，x為0.03，y為0.02或0.01。

根據(jù)上述所述的富鋰層狀正極材料，所述富鋰層狀正極材料為采用溶膠-凝膠法制備獲得。

本發(fā)明還提供如上述所述富鋰層狀正極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)凝膠前驅(qū)體的制備：加熱蒸發(fā)溶解有硝酸鹽、氯化銨和螯合劑的水溶液，形成凝膠前驅(qū)體；所述硝酸鹽包括硝酸錳、硝酸鎳、硝酸鋰和硝酸鐵；

2)煅燒：在400～500℃下煅燒至少2h，然后在850～950℃下煅燒至少5h，形成富鋰層狀正極材料。

根據(jù)上述所述的制備方法，所述螯合劑選自檸檬酸。

根據(jù)上述所述的制備方法，所述水溶液的pH為6～8，如可以為6、7或8。所述水溶液的pH，可以通過現(xiàn)有技術(shù)中pH調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)，優(yōu)選地，通過氨水調(diào)節(jié)所述水溶液的pH。

根據(jù)上述所述的制備方法，加熱蒸發(fā)溫度為60～85℃。如可以為60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃、80℃、81℃、82℃、83℃、84℃或85℃。根據(jù)上述所述的制備方法，在上述溫度范圍內(nèi)加熱蒸發(fā)至水完全蒸發(fā)完畢。