[发明专利]一种锂离子电池富锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于化学电源材料制备和锂离子电池正极材料领域，涉及一种制备锂离子电池正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大，循环寿命长，重量轻、无污染等优点，是新一代高效便携式化学电源。现在已广泛应用于无线电通讯、数码相机、笔记本电脑及空间技术等方面。随着锂离子电池能量密度和功率密度的进一步提升，将逐步应用于电动工具、电动自行车、电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)以及大规模储电等领域。

正极材料对锂离子动力电池的电池电化学性能、安全性、成本等起着决定性作用，其发展受到了广泛关注，且极具紧迫性。

现阶段主要的商品化的锂离子电池正极材料主要为LiCoO₂，LiFePO₄，LiMn₂O₄、LiMn_xNi_yCo_(1-x-y)O₂(0＜x，y＜0.5)等。其中LiCoO₂由于Co³⁺具有毒性，且钴为稀缺资源，材料成本高，安全性差；LiMn₂O₄容量只有120mAh/g左右，容量偏低，且在循环过程中易发生Jahn-Teller歧变，影响材料的循环稳定性能，材料的高温性能亦欠佳；LiFePO₄由于其本征电子和离子导电性差，且难以合成纯相，以及实现容量和振实密度兼顾。近阶段，新体系锂离子电池Li-S电池受到人们关注，其中正极材料S的可逆容量达到800mAh/g以上，但面临着其多硫化物在电解质中溶解的飞梭现象导致其容量的衰减，材料的循环稳定性较差，而单质锂容易在表面形成SEI膜，枝晶，溶解的多硫化物的沉积等问题，影响材料的循环性，特别是安全性。LiMn_xNi_yCo_(1-x-y)O₂(0＜x，y＜0.5)综合LiCoO₂、LiMnO₂和LiNiO₂的优点，得到很多研究小组的关注。而同为此类层状材料的另一种基于岩盐结构Li₂MnO₃的富锂正极材料Li[Li_xMn_yM_(1-x-y)]O₂(0＜x，y＜0.5，M＝Mn_0.5Ni_0.5或M＝Mn_x’Ni_y’Co_{(1-x’-y’)}，0＜x’，y’＜0.5)近年来开始广受关注，此类材料的比容量高达200mAh/g～300mAh/g(理论容量300mAh/g左右)，可以满足未来锂离子动力电池高比能量的需求，也是现阶段最有希望、最有潜力的动力锂离子电池正极材料之一。

加拿大Jeff Dahn研究小组以LiOH为沉淀剂，合成前躯体Ni_xMn_(1-x)(OH)₂，首次制备出性能优异的二元富锂正极材料Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂。韩国Hong和Park研究小组将溶胶前躯体采用简单燃烧法合成富锂材料Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂，在20mA/g时首次放电容量最高可达288mAh/g。日本NEDO资助研发的一类Li_1+x(Fe_0.2Ni_0.2Mn_0.6)_1-xO₂富锂材料其放电比容量也能大于250mAh/g。武汉大学杨汉西小组采用聚合物热解方法合成性能较佳Li[Li_0.12Ni_0.32Mn_0.56]O₂。吉林大学陈岗、魏英进小组对富锂中锂离子扩散动力学进行了研究。