[发明专利]高比容量富锂复合正极材料的稳定化方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，尤其涉及一种高比容量富锂复合正极材料的稳定化方法。

 

背景技术

锂离子电池自上世纪九十年代问世以来，经过十几年的飞速发展，目前技术已经比较成熟，电池制备工艺已日益精确与完善，通过优化制备工艺已很难再大幅度提高电池的能量密度。目前人们主要通过以下几种措施来达到这一目的：采用高比容量电极材料；采用高工作电压电极材料；提高电池充电截止电压；设计新型电池结构。其中，采用高比容量电极材料是人们关注的重点。

LiCoO₂容量仅为其理论容量的50% (~140mAh/g)，且存在着资源和安全性等问题；尖晶石型的LiMn₂O₄ 和橄榄石型的LiFePO₄也得到商业化的应用，但是相对于LiCoO₂，后两者的能量密度也没有明显提高。一种由Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂和层状LiMO₂ (M=Mn, Ni, Co等)形成的富锂复合正极材料，由于具有较高的比容量(>250mAh/g)而引起广泛的关注。

富锂复合正极材料xLi₂MnO₃-(1-x)LiMO₂ (0<x≤0.7, M=Mn, Ni, Co等)的充放电机制如下列方程式所示：

充电：

<4.5 V xLi₂MnO₃-(1-x)LiMO₂→xLi₂MnO₃-(1-x)MO₂+(1-x)Li

>4.5 V xLi₂MnO₃-(1-x)MO₂→xMnO₂-(1-x)MO₂+xLi₂O

放电：

xMnO₂-(1-x)MO₂+Li→xLiMnO₂-(1-x)LiMO₂

研究表明富锂复合正极材料产生不可逆容量损失及循环稳定性差的主要原因是，充电后氧空位和锂离子空位的产生及充电过程中正极材料和电解液发生的副反应。目前，主要采用表面包覆的方法来达到富锂复合正极材料稳定化的目的，但是其工序复杂，在一定程度上限制了该材料的产业化进程，因此，亟待开发一种简单易行的富锂复合正极材料稳定化方法。

                                                                                              

发明内容

本发明的目的是针对现有富锂复合正极材料首次不可逆容量损失大、循环稳定性差等缺点，提供一种高比容量富锂复合正极材料的稳定化方法，该稳定化方法基于富锂复合正极材料组分的特点，采用阶跃式充放电的方法，使富锂复合正极材料不可逆容量损失降低，循环稳定性显著提高，从而达到稳定富锂复合正极材料的目的。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种高比容量富锂复合正极材料的稳定化方法，包括以下步骤：步骤1，将充电截止电压设定在低电压范围内，进行充放电循环；步骤2，将充电截止电压设定在高电压范围内，进行充放电循环。

上述富锂复合正极材料的稳定化方法，其中， 所述低电压范围为4-4.5V，所述高电压范围为4.6-5V。

上述富锂复合正极材料的稳定化方法，其中，所述步骤1中，以倍率为0.05C-0.3C，进行充放电循环，放电截止电压为1-3V，循环次数为1-10次。

上述富锂复合正极材料的稳定化方法，其中，所述步骤2中，以倍率为0.05C-0.3C，进行充放电循环，放电截止电压为1-3V，循环次数为1-10次。

上述富锂复合正极材料的稳定化方法，其中，所述富锂复合正极材料的化学式为xLi₂MnO₃-(1-x)LiMO₂ ，其中，0＜x≤0.7, M为Mn、 Ni、或者Co。