[发明专利]一种固溶体材料及其制备方法、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0.5LiNi_0.5Mn_1.5O₄·0.5Li₂MnO₃·_0.5LiNi_0.5Mn_0.5O₂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。层状富锂正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M=Co，Ni_0.5Mn_0.5，Cr，Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3，Fe…)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）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：xLi₂Mn O₃·(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、导电性能不好，倍率性能差。

而尖晶石结构的材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有非常适合锂离子进出的三维脱嵌通道结构，首次库仑效率高、倍率性能好；在该材料中，由于化学电中性的要求，锰全部成为+4价，镍成为+2价，这样就杜绝了由于+3价的锰存在所导致的容量衰减问题，具有良好的循环稳定性；另一方面，镍的加入使锂离子脱嵌/嵌入的电位升高，在以金属锂为对电极情况下，具有4.7V左右的充放电平台；该类材料还具有导电性能好等优点。

通过将上述两类材料结合获得性能更加优良的固溶体材料成为当前研究热点，但现有技术的制备的固溶体0.5LiNi_0.5Mn_1..5O₄·_0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料不能很好地使两类材料进行优缺点互补而获得性能更加优良的材料。

发明内容