[发明专利]改善高镍三元正极材料电化学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二次电池领域，特别是涉及一种含镍，钴和锰的金属氧化物锂离子电池活性正极材料的性能改善方法以及相应的电极与电池。

背景技术

人们已对充电电池领域中的各种不同的正极材料进行了研究。LiCoO₂凭借其工作电压高、循环寿命长而成为目前在商品锂离子电池中最普遍使用的正极材料。虽然LiCoO₂是在便携式充电电池应用中广泛使用的正极材料，但其所具有的Co资源匮乏、毒性大、价格较高、低实际比容量（介于140和150mAh/g之间）以及相对低的热稳定性的特征使其在作为一种充电电池正极材料方面受到严重的限制。这些限制已促使人们进行了许多研究，考察用于处理LiCoO₂以改善其热稳定性的方法。

为了改善LiCoO₂的性能，人们利用多种元素如Ni，Mn,Fe,Mg,Cr,Al等进行掺杂改性，其中镍钴锰三元材料研究的最为广泛，代表性的材料有：LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂,LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂,LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，其合成方法一般是采用经共沉淀法生成的Ni，Co和Mn的三元氢氧化物前驱体与含锂化合物进行混合并经高温烧结一定时间后得到。

镍钴锰三元材料采用价格较为低廉的锰和镍取代资源缺乏和价格较高的钻，因此材料的成本会比钻酸锂有明显的降低，同时具有比钴酸锂更高的可逆比容量(170～230mAh/g)，可以更好的满足电子产品日益小型化和多功能化的要求。但是随着Co含量的减少，Ni含量的增加，材料的倍率性能和循环性能变差。倍率性能变差是由于Co含量的减少导致阳离子在晶格中有序度降低而使Li+迁移速率减小。容量和循环性能变差是由于随着Ni含量的升高，材料极易吸潮，进而促进Li⁺与H₂O和CO₂反应生成LiOH,Li₂CO₃杂质并沉积在正极表面使界面内阻升高；此外，由于正极在脱锂状态下Ni⁴⁺非常不稳定，反应性很强，因此在高镍含量下更容易引起电极与电解液之间反应产生高的界面内阻，综合效果导致材料容量迅速衰减，循环性能变差。