[发明专利]一种形貌和尺寸双可控的富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种形貌和尺寸双可控的富锂锰基正极材料及其制备方法。该正极材料的通式为xLi₂MnO₃·(1‑x)LiMO₂(M为Mn、Ni、Co的一种或一种以上，0x1)，其制备方法包括如下步骤：首先将可溶性过渡金属盐加入到溶剂中并搅拌成均一溶液，再向该溶液中加入表面活性剂，搅拌均匀后再向其加入可溶性草酸盐溶液，然后在常温下进行共沉淀反应，得到草酸盐前驱体，再将前驱体预烧后与锂盐均匀混合，最后经高温固相反应得到本发明的富锂锰基正极材料。本发明所得正极材料颗粒粒径分布均匀，结晶度高，形貌和尺寸双调控，具有优异的循环性能和良好的倍率性能，且该方法操作简单，绿色环保。

技术领域

本发明应用于锂离子电池正极材料及电化学领域，涉及一种形貌和尺寸可控的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为储能设备由于具有较高的能量密度、较好的安全稳定性和环境友好等优点已经广泛的应用在便携式电器、电动汽车、大规模储能等领域。正极材料的成本在锂离子电池总成本中所占比例最大，约为50％，且锂离子电池的能量密度、功率密度等性能主要取决于正极材料，另外，正极材料也决定了锂离子电池的主要电性能指标。因此，正极材料的选择，对锂离子电池电化学性能的提升具有非常重要的影响。

《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》提出，到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆；关于动力电池技术性能和成本，规划也指出，到2020年，动力电池模块比能量达到300Wh/kg以上，成本降至1.5元/Wh以下。2016年10月26日，工信部发布《节能与新能源汽车技术路线图》中提出：到2020年，纯电动汽车动力电池单体比能量达到350Wh/kg，系统比能量达到250Wh/kg，单体能量密度达到650Wh/L,系统能量密度达到320Wh/L，满足300km以上BEV应用需求，电池系统成本降至1元/Wh。然而，传统的锂离子电池正极材料LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂和LiFePO₄均存在可逆比容量低(200mAh/g)、能量密度不高(150Wh/kg)、成本过高等缺陷，而无法满足《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》对电动汽车能量密度和电池成本的要求。

近年来，层状富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M为Ni，Co，Mn等过渡金属)由于其具有高容量(200-300mAh/g)、高的工作电压、能量密度高(300Wh/kg)、低成本和环境友好等优点，已经受到国内外的广泛关注，是 目前最有希望产业化的高比能量、低成本型正极材料之一，也是能够满足国家发展战略要求的正极材料之一。然而，这类材料由于其充放电机理和结构的复杂性所带来的首次不可逆容量较大、循环稳定性差、电压平台衰减快以及倍率性能不足等缺点，严重阻碍了其商业化应用的进程。