[发明专利]一种富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料制备工艺领域，具体涉及一种锂离子电池富锂锰基正极材料的制备方法，更确切地说是一种锂离子电池富锂锰基Li[Li_xNi_aMn_bM_1-a-b-x]O₂材料的制备方法。

背景技术

在金属氧化物锂离子电池材料中，LiCoO₂虽然是目前商业化最成熟的材料之一，但是存在安全性差、耐过充性差、成本高以及对环境的污染等问题；而LiNiO₂同样存在稳定性差，容易引起安全问题，并且需在氧气气氛下合成，合成过程中容易发生阳离子混排和生成非化学计量结构化合物。

锰系LiMnO₂正极材料虽然价格低廉，资源丰富，理论容量高，但是属于一种热力学不稳定状态，在充放电过程中会发生层状结构向尖晶石型结构的转变，导致比容量衰减快，电化学性能不稳定。锰系LiMn₂O₄正极材料在循环过程中容易发生晶型转变以及锰离子的溶解和Jahn-Teller效应，导致电池容量衰减严重。

而具有三种金属离子协同效应的层状三元材料Li-Ni-Co-Mn-O虽然有效弥补了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂各自的不足，具有比容量高、循环性能好、合成制备工艺简单、安全稳定性能较好等特点，但是实际比容量与上述的金属氧化物一样，均在200mAh/g以下，所以在动力电池的应用上，都或多或少存在一定的局限。

研究发现，在这类层状氧化物材料中如果添过量锂得到一种新固溶体富锂锰基正极材料,该材料可视为Li₂MnO₃和LiMO₂(M=Mn,Fe,Co,Ni,Ni_1/2Mn_1/2,Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3,…)的固溶体，具有更高的比容量(大于200mAh/g，是目前所用正极材料实际容量的2倍左右)，良好的热稳定性,较宽的充放电电压范围以及低廉的价格(该材料中，Mn元素的含量很高，使其在价格和安全性方面都具有潜在的优势)等优点，受到更为广泛关注，并且被众多学者视为下一代动力锂离子电池首选的正极材料。

当前制备Li[Li_xNi_aMn_bM_1-a-b-x]O₂材料的方法很多，主要有固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法以及其他制备方法如热解法等。

关于Li[Li_xNi_aMn_bM_1-a-b-x]O₂材料固相法和沉淀法合成的研究比较多，相关的文献和专利报道已经有很多。例如，文献(锂离子电池正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂的合成及电化学性能研究.化学学报,2010,68:1391–1398.)通过高温固相烧结法制备的Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂材料在2.0—4.8V电压范围内，首次比容量达到了248.2mAh/g。