[发明专利]一种含硫的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，具体是一种含硫的锂离子电池正极材料及其制 备方法。

背景技术

锂离子电池相比镉镍电池、镍氢电池和铅酸电池等传统电池，具备工作电压高、重量轻、 循环寿命长、允许工作范围宽、无记忆效应、无污染等优点，得到了广泛的发展。环境污染 日益严重，能源稀缺，促进着锂离子电池发展，使其成为公交车、电动汽车、混合动力车等 大型车辆，电动自行车、小型平板电瓶车等轻型电动车及电动工具的主要动力来源。但是， 锂离子电池作为大型车辆的动力电池，其比能量、循环寿命、安全性等各方面性能还不能满 足要求。解决这一问题的关键因素之一是开发出新型的正极材料。

目前，LiMn_1-x-yCo_xNi_yO₂(0＜x＜0.5，0＜y＜0.5)正极材料因具有较为优秀的性能而受 到广泛关注。LiMn_1-x-y-zCo_xNi_yM_zO₂经过M为Fe、Cu、Ti等过渡金属中的一种或多种掺杂 后，材料的容量虽然可以得到提高，但是也存在Li-Ni混排，从而影响材料结构的稳定性。富 锂正极材料是近几年锂离子电池正极材料的研究热点，它是由层状的Li₂MnO₃和 LiMO₂(M＝Mn,Ni,Co)按不同比例形成的固溶体，其化学式可以写成xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或 xLi₂O·yMO_b(x/y>0.51)。制备上述的正极材料的方法有很多，如共沉淀法、溶胶凝胶法、高 温固相法、水热合成法等，其中共沉淀法最为常用。A.Manthiram等采用共沉淀法制备了富 锂正极材料Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂，首次放电比容量达到250mAh/g(J.Phys.Chem.C., 114(2010)9528–9533)，但是循环和倍率性能欠缺，而且制备工艺工程复杂，成本高，不适 合工业化大规模的生产。三星公司采用下列通式的化合物Li_xMnA₂(1)、Li_xMnO_2-zA_z(2)、 Li_xMn_1-yM'_yA₂(3)、Li_xMn₂A₄(4)、Li_xMn₂O_4-zA_z(5)、Li_xMn_2-yM'_yA₄(6)、Li_xBO₂(7)、 Li_xBO_2-zA_z(8)、Li_xB_1-yM”_yA₂(9)、Li_xB_1-yM”_yO_2-zA_z(10)、Li_xNiCoA₂(11)、Li_xNiCoO_2-zA_z(12)、Li_xNi_1-y-zCo_yM”_zA₂(13)(其中0<x≤1.5，0.01≤y≤0.1，0.01≤z≤0.5，M'选自Al、r、 Co、Mg、La、Ce、Sr、V中至少一种，M”为选自Al、Cr、Mn、Fe、Mg、LA、Ce、Sr、V 中至少一种，A选自O、F、S和P，以及B选自Ni或Co)和选自半金属、金属和其氧化物 组成正极活性材料组合物(CN1181580C)，这种组合物容易引起组分分布不均匀。三星公 司选上述(1)～(13)通式表述的化合物，在这些化合物的表面涂覆五氧化二钒 (CN1150645C)、金属氧化物(CN1209832C)，涂覆存在涂覆厚度不等、工艺过程复杂、 操作性差等问题，从而影响材料的性能，并且增加了工艺成本。