[发明专利]一种锂缺陷高镍富锂层状材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂缺陷高镍富锂层状材料，属于电池材料技术领域。层状材料的化学式为：Li_1+nMn_xNi_yCo_zO_2.5，其中0.1≤x≤0.5,0.55≤x≤0.675,0.1625≤y≤0.45,0.05≤z≤0.1625且x+y+z＝1。本发明通过水热法和高温烧结相结合工艺，制备了具有锂缺陷的高镍富锂层状材料，其形貌为球型形貌，制备的材料0.1C放电比容量为230‑270mAh/g，1C倍率下100次循环容量保持率高于90％。本发明工艺使用设备成本低，制备工艺简单，重复性好，通过调控过渡金属离子间比例和过渡金属离子/锂盐配比即可获得不同组分的锂缺陷高镍富锂层状材料。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种锂缺陷高镍富锂层状材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的燃烧和环境污染等问题日益突出，发展绿色可再生能源成为各国家重点发展的领域和方向。太阳能、风能和潮汐能等新能源具有绿色、可再生等特点，成为新能源领域的主力军。然而，这些材料具有不连续性和地域性等缺点，需要储能设备将其产生的能源进行存储，用时再进行释放。电池是化学能与电能相互转化的装置。电池体系中，锂离子电池由于具有高的能量密度和循环寿命长等优势，已广泛应用于便携式电子设备、新能源汽车和大型储能装置。锂电池的能量密度和性能，主要由正极材料的性能决定。目前商业化的锂离子电池正极材料主要有层状结构的LiCoO₂和三元正极材料，橄榄石结构的LiFePO₄和尖晶石结构的LiMn₂O₄，然而，这些电极材料具有放电比容量和工作电压低的缺点，不适合应用于长续航里程的动力电池和大型储能设备。因此，开发具有优异性能的正极材料成为了锂离子电池领域的发展方向之一。

在众多的锂离子正极材料中，富锂锰基层状材料(Li_1+xTM_1-xO₂，分子式又可以写成0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂,其中0≤x≤0.2,TM＝Ni,Co和Mn)具有高的放电比容量(250mAh g^-1)和高的工作电压(2-4.8V),其能力密度高达900Wh/kg。同时，材料内部Mn的含量超过50％，极大的降低了材料的生产成本。因此，得到了学术界广泛的研究。然而，该材料循环过程中结构发生转变，其由层状结构向尖晶石相发生转变，导致容量和电压衰减较快，进行使电池体系循环寿命降低。

通过改善元素种镍钴锰的比例可以缓解循环过程中晶体结构相转变的发生。同时，发现提高比例中镍的含量，材料的平均工作电压将得到提高。此外，降低组分中锂的含量，制造具有锂缺陷的富锂层状材料不仅可以降低相转变的发生，还能够降低材料的生产成本。

发明内容

本发明通过快速水热法调节镍钴锰制备具有不同配比的镍钴锰前驱体，在此基础上，掺锂过程调节锂盐与前驱体的比例获得目标产物锂缺陷的高镍富锂层状材料。所得材料制备工艺简单，重复性好。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种锂缺陷高镍富锂层状材料，所述层状材料的化学式为：Li_1+nMn_xNi_yCo_zO_2.5，其中0.1≤x≤0.5,0.55≤x≤0.675,0.1625≤y≤0.45,0.05≤z≤0.1625且x+y+z＝1。

优选的，0.3≤n0.5，0.55≤x≤0.675,0.1625≤y≤0.45,0.05≤z≤0.1625；所述锂缺陷高镍富锂层状材料的二次粒径为2-10um。