[发明专利]金属氧化物包覆的富锂材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种金属氧化物包覆的富锂材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。

背景技术

随着各种便携式电子产品和通讯工具的迅速发展，电池作为重要的电能供应装置和存储装置而受到各国科研人员的关注。锂离子电池作为电池的一种以其优越的性能得到了广泛的应用，现代社会对锂离子电池的能量、功率等方面的要求也越来越高。一般的锂离子电池的正极材料（例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄）越来越不能满足人们对高容量、高能量密度电子产品的需求。xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M=Co，Ni_0.5Mn_0.5，Cr，Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3，Fe…)材料是一种α-NaFeO₂型固溶体材料，由层状的Li₂MnO₃和LiMO₂(M=Co，Ni_0.5Mn_0.5，Fe…)形成，该材料以其特有的高比容量（200~300mAh/g）、优秀的循环能力以及新的电化学充放电机制等性能，成为当今锂离子电池正极材料的研究热点。

虽然上述层状材料具有优良的电化学性能，但是，该类层状材料的主要问题是：在首次充电到4.5V以上时会发生不可逆的电化学反应：xLi₂MnO₃·(1-x)MO₂→xMnO₂·(1-x)MO₂+xLi₂O；在充电小于4.5V时发生可逆脱锂反应：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂→xLi₂MnO₃·(1-x)MO₂+(1-x)Li。换句话说，该类层状材料中的锂离子以Li₂O的形式从晶胞中脱出，放电时这部分锂离子无法全部再嵌入到原有晶胞中，导致该类层状材料具有较大的首次不可逆容量，首次库伦效率较低。另外，该类层状材料的循环稳定性差。

发明内容

本发明的目的是解决现有xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂材料和由其制备的锂离子电池的首次库伦效率低、循环性能低的问题，提供一种首次库伦效率高、循环性能优良的金属氧化物包覆的xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂材料的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种金属氧化物包覆的xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂材料的制备方法，其中：M为Mn、Ni、Co、Cr、Fe中的任意一种或几种，0＜x＜1，所述制备方法包括：

1）金属氢氧化物包覆步骤：

配制金属盐的水溶液，将xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂材料加入所述水溶液中，并向所述水溶液中加入碱性pH值调节剂，控制pH值使水溶液中的金属阳离子完全沉淀，得到金属氢氧化物或金属碳酸盐包覆材料；

2）高温烧结步骤：

将步骤1）所得的金属氢氧化物或金属碳酸盐包覆材料在含氧气氛下烧结，得金属氧化物包覆的xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂材料，其中金属氧化物占包覆材料总质量的比例为y，0%＜y≤10%。

进一步优选的是，所述金属氧化物占包覆材料总质量的比例y满足1%＜y＜7%

优选的是，所述的高温烧结包括以0.5~10℃/min的升温速率升温至350~500℃，保温0.5~10小时。

优选的是，所述的金属盐为锰盐、镍盐、钴盐、锌盐中的任意一种。

优选的是，所述的锰盐为硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰、氯化锰中的任意一种或几种；

所述的镍盐为硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍、氯化镍中的任意一种或几种；

所述的钴盐为硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴、氯化钴的任意一种或几种；