[发明专利]一种Cr掺杂改性高电压尖晶石正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Cr掺杂改性高电压尖晶石正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明的合成方法如以下步骤：将锂盐、镍盐、锰盐、铬盐按照一定比例混合后，加入去离子水，使混合的原料成为一种糊状，球磨混合均匀成流变相，然后烘干，再经过预烧结得到前驱体，最后高温煅烧研磨后得到LiNi_0.5Mn_1.5‑xCr_xO₄(x＝0，0.01,0.03,0.06)为改性尖晶石正极材料。本发明所述法制备出的正极材料颗粒细小而均匀，表面光滑，结晶性能好，具有较高的放电比容量和良好的倍率性能；掺杂可以改善其循环性能以及材料结构的稳定性，因而具有重大的工业化意义。

技术领域

本发明涉及一种Cr掺杂改性高电压尖晶石正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

自从Li/LiCoO₂电池在日本第一次被商业化以来，锂离子电池吸引了大量的研究者的关注，自从1991年就有很多研究者考虑将锂离子电池作为电子产品的能量供应源，这些电子产品包含笔记本电脑，手机，以及一些微电子产品。钴酸锂具有合成方法比较简单，输出电压高等优点，但实际容量只有理论值的一半，并且钴的价格比较昂贵，重要的是，钴自身具有毒性，对环境不利。

锂离子电池整个研究过程中，重点是寻找合适的正极活性物质以及非水溶剂，尖晶石型正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄是一种非常有前景的正极材料，因为它具有良好的热稳定性，并且相比LiCoO₂，LiNiO₂等材料成本低，污染更小，然而LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料在循环过程中面临着容量衰退问题，尤其是在高温的时候，正极材料的Mn元素会溶解在电解质溶液中形成Ni_xO，Li_xNi_1-xO，或者(LiNiMn)_xO杂相，伴随着在尖晶石结构内部出现氧缺陷，从而使其循环性能下降。因此，急需提供一种有效的方法改善尖晶石型正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的电化学性能。

发明内容

本发明提供了一种Cr掺杂改性高电压尖晶石正极材料及其制备方法，通过元素掺杂用Cr替换LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料中的Mn元素，因为Cr相比于Ni和Mn元素有更强的亲氧性，所以掺杂Cr元素的LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石正极材料有更加稳定的结构，减少电极极化程度，显著地提升锂离子电池的循环性能。

本发明的第一个目的是提供一种Cr掺杂改性高电压尖晶石正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)取锂盐、镍盐、锰盐、铬盐按照一定摩尔比混合，向混合物中加水球磨2-5h；

(2)将步骤(1)中的球磨后的混合物烘干，在400～600℃下预烧结6～9小时得到前驱体，前驱体经冷却、研磨后，再压实750～900℃下煅烧12-24小时，得到的产品Cr掺杂改性高电压尖晶石正极材料。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述的锂盐为乙酸锂，所述的镍盐为乙酸镍，所述锰盐为乙酸锰，所述铬盐为硝酸铬。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中锂盐、镍盐、锰盐、铬盐的摩尔比为：1:0.5:1.5:x，其中0≤x≤0.06。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中锂盐、镍盐、锰盐、铬盐的摩尔比为：1:0.5:1.5:x，其中x＝0.01。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述球磨时间为2小时或5小时。