[发明专利]一种层状结构锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种层状结构锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

与传统的二次电池相比，锂离子电池具有平台电压高（约3.2~3.7V）、能量密度高、无记忆效应等优点，在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器等上得到了广泛应用。目前已经商品化生产的锂离子电池主要采用LiCoO₂为正极材料，LiCoO₂具有较高的容量和较好的稳定性，但是这种正极材料存在性能上、经济上、环境上的问题。Ohzuku和Makimura等在文献“用于锂离子电池的层状锂离子插入型正极材料LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂”（Layered lithium insertion material of LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂for lithium-ion batteries Ohzuku T;Makimura Y，Chemistry Letters7（2001）642-643）中公开了LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂，发现锰、镍、钴能有效的结合，形成三元的层状结构，其中锰元素为+4价，起到电荷补偿的作用，镍为+2价，是主要的氧化还原反应活性物质，而钴为+3价。但是其容量受限，在2.5~4.6V下放电容量约为200mAh g^-1。

公开号为CN101083321A的中国发明专利申请公开了一种锰钴镍三元锂离子电池正极材料，化学式为LiMn_1/2Ni_1/4Co_1/4O₂，其稳定的可逆比容量为158mAh g^-1，容量有限，该材料的制备方法包括：按摩尔比Mn：Co：Ni=2：1：1配制由+2价锰盐、+2价钴盐、+2价镍盐组成的合金盐溶液，将合金盐溶液、氨水、氢氧化钠溶液通过计量泵计量后分别同时加入反应体系中，得到前驱体锰钴镍的复合氢氧化物，然后将锂源物质与前驱体锰钴镍的复合氢氧化物混合，在600℃~1000℃的温度下焙烧6h~30h，分解得到产品。通过共沉淀法制备，制备涉及中间溶胶-凝胶的过程，制备过程复杂，需要进一步简化。

为了提高放电容量，可以通过加入过量的锂，同时调节过渡金属元素的比例，可以得到具有高容量的形式为aLi₂MnO₃·(1-a)LiMO₂（0≤a≤0.7，M=Mn,Ni,Co）的富锂层状结构锂离子电池正极材料。在2.0V~4.8V的电化学窗口下其能放出约260mAh g^-1以上的容量，被认为是最具应用前景的高容量锂离子电池正极材料之一。

但是该类富锂层状结构锂离子电池正极材料的循环稳定性和倍率性能仍不够理想，达不到实际应用的要求。特别是由于电导率较低的Li₂MnO₃相的存在和首次活化过程中产生的晶格有序度下降，使得锂离子的传输受到影响，因而该类富锂层状结构锂离子电池正极材料的倍率性能成为其实际应用的瓶颈之一。

为了提高材料的倍率性能，通过不同的制备方法来控制材料的颗粒尺寸成为一种有效提高富锂层状结构锂离子电池正极材料倍率性能的方法。

发明内容

本发明提供了一种层状结构锂离子电池正极材料的制备方法，采用乙醇同时作为溶剂和燃料，简化了制备工艺的同时，更快速剧烈的反应有利于纳米级均匀颗粒的形成。

一种层状结构锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将锂盐、镍盐、锰盐和钴盐溶于乙醇，形成金属盐乙醇溶液，将金属盐乙醇溶液在空气或氧气气氛下400℃~600℃点燃，点燃后反应5min~15min，之后冷却，再在700℃~900℃退火后得到层状结构锂离子电池正极材料。

本发明通过乙醇助燃法制备层状结构锂离子电池正极材料，相对于共沉淀的制备方法，不涉及中间溶胶-凝胶的过程，制备过程简单，并且制备的层状结构锂离子电池正极材料具有优异倍率性能。