[发明专利]一种表面复合的层状锂锰镍氧化物正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备的技术领域，特别涉及一种层状锂锰镍氧化物表面复合α-铁酸锂的正极材料及其制备方法。

背景技术

二次锂离子电池正极材料是Li⁺的唯一来源，是提高可逆存储锂量，提高电池使用寿命的关键。具有层状结构的锂锰镍氧化物通式为Li_1+xMn_yNi_1-x-yO₂，(其中0≤x≤0.5和0≤y≤1)，具有以下突出的优点：

(I)锰的原材料资源丰富、占据价格优势；

(II)按照一个电子发生充放电反应的标准进行计算，层状结构Li_1+xMn_yNi_1-x-yO₂，的理论容量是尖晶石LiMn₂O₄(理论容量148mAh/g)的二倍，也比LiFePO₄材料(理论容量170mAh/g)的高。

(III)电化学过程为扩散控制，Li+在材料的层状结构中的扩散比在尖晶石(如LiMn₂O₄)和橄榄石结构(LiFePO₄)中的大2～3个数量级(约10^-9-10^-11cm²/s)。

层状锂锰镍氧化物作为锂离子电池候选正极材料，其研究与制备技术已经公开。加拿大锂离子电池专家J.R.Dahn首先报道了Ni替代部分Mn的LiNi_1-yMn_yO₂(0＜y≤1/2)材料，在专利PCT/GB99/02858中提出了LiMn_1-xQ_xO₂，其中x＜0.5，Q由Ni扩展到了所有过渡金属离子。专利Ep1130665公开了Fe，Al，Ca，In Ta，Ti，Zr，Ce，Cr等掺杂的Li_1-xMn_1-yM_yO_2-δ材料。目前，国内对层状锰基材料的研究也比较集中，专利CN1244172C制备了用Mg和Sr掺杂改性LiMnO₂材料。专利PCT-WO141238申请保护了LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料，专利ZL200610114321.X提出了提高LiNi_1/2Mn_1/2O₂材料性能的制备方法。

Ilion在专利EP1189296A2中设计了Li_1+x(Mn_1-uNi_u)_1-yCo_yO₂(u≈0.5，y＜1/3，x＞0)材料，Sony公司提出了Li(Ni_1/2Mn_1/2)_1-xCo_xO₂(专利USP6040090)。中科院上海微系统与信息技术研究所申请了LiCo_xNi_yMn_1-x-yO₂材料的专利保护(CN100342570C)。申请人在专利ZL200610114206.2提出了Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(0＜x≤1/4)材料及其制备方法。

目前电动汽车、储能等领域对大型锂离子电池的需求，对锂离子电池电极材料的使用寿命和安全性提出了更高的要求。针对于此，层状结构的锂离子电池正极材料的充放电库仑效率、循环稳定性和热稳定性等有待进一步提高。除此之外，使用无毒、资源丰富的原材料和简单易实现的工艺方法可以有效降低锂离子电池成本，解决锂离子电池推广应用的价格瓶颈问题。