[发明专利]氟元素掺杂改性的锂离子电池富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟元素掺杂改性的锂离子电池富锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池作为二次绿色电池已在便携式电子设备等许多领域得到了广泛的应用，并开始拓展电动汽车等大容量电池市场。当前锂离子二次电池使用的主流正极材料仍然是LiCoO₂，但是LiCoO₂容量利用率低、成本高，且对环境污染严重，这些缺点迫使人们寻求它的替品。近年来，富锂正极材料Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O₂由于具有相对容量高，价格低廉的优势而成为研究热点。

Li[Li_xNi_yMn_zCo_1-x-y-z]O₂主要是由Li₂MnO₃与层状材料LiMO₂(M＝Ni，Mn，Co等过渡族金属元素)形成的固溶体，也可以写成xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂。该富锂材料在4.5V左右有一个脱锂伴随脱氧的平台，在这个脱锂脱氧过程中Li₂MnO₃组分得到了活化，从而可以在放电过程中表现出较高的比容量，同时Li₂MnO₃组分在充放电的过程中还能起到稳定电极材料结构的作用。

然而该类富锂正极材料也存在初期比容量下降迅速和倍率性能差的问题。Chi Hoon Song等人用溶胶-凝胶法合成的Li[Li_0.2Ni_0.1Co_0.2Mn_0.5]O₂，常温时在2-4.8V电压范围内，0.2C电流下的首次放电容量为274.13mAh/g，但是20个循环后的容量保持率仅为83.9％。Wu等人曾用AlPO₄包覆Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂，但是这种包覆层也只能提高首次库仑效率和放电容量，对倍率性能始终没有改善。

发明内容

本发明的目的是解决现有富锂正极材料初期比容量下降迅速和倍率性能差的问题，提供一种高容量锂离子电池富锂正极材料及其制备方法。

按照本发明提供的技术方案，一种氟元素掺杂改性的锂离子电池富锂正极材料，所述正极材料为Li[Li_0.2Ni_{0.2-0.5b+0.5a}Co_bMn_{0.6-0.5b-0.5a}]O_2-aF_a；其中，0＜a≤0.1，0≤b≤0.13；

将锂盐、镍盐、锰盐、钴盐、氟化锂和助燃剂按摩尔比研磨成细粉后加溶剂混合均匀，灼烧后即得产品氯元素掺杂改性的锂离子电池富锂正极材料。

一种氯元素掺杂改性的锂离子电池富锂正极材料的制备方法，步骤如下：

(1)混合：按锂盐、镍盐、锰盐、钴盐、氟化锂和助燃剂按摩尔比1.21～1.26∶0.13～0.25∶0.49～0.6∶0～0.13∶0～0.1∶0.8称取，分别在研钵中磨细后混合均匀，再加入3～5mL溶剂，继续研磨，直至混合物呈均匀细腻的泥糊状；

(2)灼烧：取步骤(1)所得的泥糊状混合物于110～130℃烘11～13小时，得到的前驱体在450～550℃预烧5～8小时后冷却研磨，再在850～950℃下煅烧12～20小时后得到分子式为Li[Li_0.2Ni_{0.2-0.5b+0.5a}Co_bMn_{0.6-0.5b-0.5a}]O_2-aF_a的锂离子电池富锂正极材料；其中，0＜a≤0.1，0≤b≤0.13。

所述锂盐为LiNO₃、CH₃COOLi和LiOH中的至少一种，所述镍盐为Ni(NO₃)₂和Ni(CH₃COO)₂中的一种或几种的混合物。