[发明专利]一种高容量锂离子电池正极材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及到一种高容量的锂离子电池正极材料的合成。

背景技术

锂离子电池由于具有高比能量、高功率、高的循环寿命、安全性和环境友好等优点，广泛的应用于手机和笔记本等便携装置。近年来，由于能源危机和全世界兴起的低碳环保运动的影响，锂离子电池的应用领域也拓展至一些新的领域：能源交通(电动车，混合动力汽车等)，智能电网，新型能源储能(太阳能，风能等)等；甚至被应用到军事领域：如单兵装备，无人机，潜艇等。但这些方面的应用对锂离子电池材料的性能也提出的新的要求，其中锂离子电池正极材料作为影响整个电池电化学性能、安全性、成本等的决定性因素，其发展受到了极为广泛的关注。现阶段主要的商品化的锂离子电池正极材料主要为LiCoO₂，LiFePO₄，LiMn_xNi_yCo_(1-x-y)O₂(0＜x，y＜0.5)等。LiCoO₂由于Co³⁺具有毒性，且钴为稀缺资源，成本高和安全性较差，限定了其只能应用于小型电池；LiFePO₄由于本征的低的电子和离子导电性，且难以合成纯相以及难以实现容量和振实密度兼顾，其应用也受到限制；LiMn_xNi_yCo_(1-x-y)O₂(0＜x，y＜0.5)综合LiCoO₂、LiMnO₂和LiNiO₂的优点，得到很多研究小组的关注。但锂离子电池应用领域的拓展特别是在纯电动车方面的应用要求高比能量(300Wh/kg左右)的电池，因此对高比容量电极材料的需要十分迫切，尤其是高比容量的锂离子电池正极材料，而上述这三类商品化的正极材料的比容量都低于或接近200mAh/g，难以满足要求。近阶段，一类基于Li₂MnO₃结构的高容量正极材料，容量可达250mAh/g～300mAh/g(理论容量300mAh/g左右)，成为满足这一要求的最有希望的正极材料之一，引起了广泛的关注。此类材料由同属层状结构的Li₂MnO₃与LiMO₂(M＝Mn_0.5Ni_0.5或Mn_xNi_yCo_(1-x-y)，0＜x，y＜0.5)的“固溶体”组成，引起了人们的关注。这类材料综合了LiCoO₂、Li₂MnO₃和LiNiO₂等正极材料的优点，逐渐成为研究热点。

正极材料富锂氧化物δLi₂MnO₃·(1-δ)LiMO₂(0＜δ＜1)或Li[Li_xMn_yM_(1-x-y)]O₂(M＝Mn_0.5Ni_0.5或Mn_x’Ni_y’Co_{(1-x’-y’)}，0＜x，y＜0.5，0＜x’，y’＜0.5)包含两种成分Li₂MnO₃和LiMO₂；这两种成分都为大体上与α-NaFeO₂结构类似的层状结构。