[发明专利]一种高能复合锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及电池生产领域，公开了一种新型高能复合锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池用量的迅猛增加和电动汽车迫切需要大容量的锂离子电池,迫切需要发展具有高安全、高能量密度、高功率、长循环、高环保及价廉的锂离子电池材料。目前，层状Li₂MnO₃-LiMO₂材料由于具有较高的比容量(大于200mAh/g)、优异的常温和高温循环能力而成为研究的热点。其与通常的层状正极材料如LiCoO₂相比，在过渡金属层中含有一定量的锂，因此也被称为富锂材料。1997年Numata率先报道了层状的LiCoO₂-Li₂MnO₃固溶体材料，当充电到4.3V时表现了稳定的循环性能(Chem Lett,26(1997),725)，之后人们进行了广泛的研究。Wu等发现共沉淀方法合成的Li[L i_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂材料在C/20电流倍率下的首次放电比容量为253mAh/g，但其在2C时的首次放电比容量仅为C/20时的69.2%，材料的倍率性能有待改善(Electrochemical and Solid State Letters,9,(2006):A221)。众所周知的，LiM₂O₄材料由于其具备尖晶石系列材料独特的三维隧道结构，适合于大电流充放电，也是锂电池正极材料研究的热点。

发明内容

为了克服现有技术中各材料存在的问题，本发明的目的在于提供一种良好的倍率性能和较高的能量密度兼具的高能复合锂离子电池正极材料。通过本发明得到的材料能量密度高、循环寿命长，电压范围大、高温循环性能良好。具体的技术方案如下：

本发明高能复合锂离子电池正极材料的组成通式为：

xLi₂MnO₃·yLiMO₂·(1-x-y)Li Mˊ₂O₄

其中0＜x＜1,0≤y＜1，x+y≤1。该通式化合物组成多样，根据各组成化合物的系数不同（Li₂MnO₃和LiMO₂为层状结构，Li Mˊ₂O₄为尖晶石型结构），主要分为三种结构：

（1）层状-层状复合材料：分子式通式为xLi₂MnO₃·yLiMO₂，（即x+y＝1时，此时x≠0.5）；

（2）层状-尖晶石型复合材料：分子通式为xLi₂MnO₃·（1-x）LiMˊ₂O₄（即y=0）；或

（3）层状-层状-尖晶石型复合材料：通式即为xLi₂MnO₃·y LiMO₂·(1-x-y)LiMˊ₂O₄，其中x+y≠1，y≠0。

其中，M、Mˊ为多种金属元素的组合，其中均固定含有金属元素Mn，其它金属元素为Li、Ni、Mg、Co、Zn、Cr、Ti、Fe、V、Zr中的一种或几种。

上述高能复合锂离子电池正极材料的制备方法采用下述工艺步骤：

1）将化合物Li₂MnO₃所需的可溶性锰盐原料、LiMO₂和Li Mˊ₂O₄所需的金属M和Mˊ的可溶性盐按分子式的摩尔比例配制成离子浓度为0.5-2.0mol/L（优选0.8－1.2mol/L，更优1.0mol/L）的可溶盐混合水溶液I。M、Mˊ为多种金属元素的组合，其中固定金属元素为Mn，其它金属元素为Li、Ni、Mg、Co、Zn、Cr、Ti、Fe、V、Zr中的一种或几种；

2）配制1.0~4.0mol/L氢氧化钠溶液按作为碱溶液；