[发明专利]一种阴阳离子Cl-、Cr3+共掺改性富锂层状正极材料的合成

说明书

技术领域

本发明涉及一种共掺改性层状富锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池正极材料自问世以来，传统领头材料LiCoO₂由于其电压高，放电平稳，比容量高，循环性能好，制备过程简单而备受厂商青睐，也是工业化生产最早的正极材料，但因其成本高，钴资源稀少，对环境有一定的污染而受到一定的限制；镍资源比钴储量丰富，价格低廉，但LiNiO₂又因其合成条件苛刻，Li⁺和Ni²⁺半径相差无几，容易形成错位，锂缺陷的结构导致容量衰减很快、可逆性差；而LiMnO₂在热力学上的不稳定性使得其制备困难，在循环过程中层状结构容易变成尖晶石结构，使得容量衰减严重。磷酸铁锂作为目前商业化较多的产品，也因其容量低，低温性能不好而备受质疑。

多元层状富锂正极材料体系主要是由Li₂MnO₃和LiMO₂(其中M为Ni、Co、Mn等中的一种或多种)形成的富锂固溶体，属于层状体系。纵观此结构，其不仅集结了上述单相层状体系的优势，具有高电压、高容量及良好的循环性能等电化学特征。还因锂比例的增大，减少了过渡金属元素的比例，降低了成本，是非常有可能被工业化生产、最具应用前景的正极材料。

虽然富锂正极材料具有上述优点，但是，其倍率性能和首次库伦效率还比较低，是制约其发展的瓶颈。为了解决上述问题，通常采用掺杂、包覆以及酸处理的形式来改善正极材料性能，并争取能够在保证容量的基础上，解决它的倍率性能和首次库伦效率，从而获得大规模的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种新型阴阳离子共掺改性锂离子电池富锂层状正极材料及其合成方法，该正极材料颗粒均匀，表面光滑，结晶度高，充电电压高，容量高，循环性能好，倍率性能和首次库伦效率得到改善，并具有较好的高温性能。

本发明提供的新型共掺改性富锂层状正极材料的特征是：所述正极材料的化学通式为Li[Li_0.2Ni_0.15Mn_0.55Co_0.1-xCr_x]O_2-yCl_y；其中0≤x＜0.1；0≤y＜0.1。

本发明所述一种新型共掺改性富锂层状正极材料的制备方法，步骤如下：

(1)、将锂盐、过渡金属镍盐、锰盐、钴盐、铬盐和氯盐按一定摩尔比称量溶入去离子水中，加入螯合剂，用氨水调节pH为7～8，在70～90℃下，以300～500转/分钟的速度搅拌8～15小时左右反应生成有色凝胶，将此凝胶状物在90～120℃烘12～15小时后，于350～500℃预烧结6～8小时，冷却后研磨。在850～950℃煅烧10～20小时，冷却后研磨，即得所述改性层状富锂正极材料。

(2)、步骤(1)中所述锂盐可以是硝酸锂、乙酸锂和碳酸锂中的一种或两种；所述金属镍、锰、钴、铬盐可以是金属的乙酸盐和硝酸盐中的一种或两种；所述非金属氯盐可以是氯化锂、氯化镍、氯化锰中的一种或几种；所述螯合剂为酒石酸和柠檬酸中的一种或两种。

(3)、步骤(1)中所述锂盐、镍盐、锰盐、钴盐、铬盐、氯盐的摩尔比为：①氯盐为氯化锂时(1.26-y)∶0.15∶0.55∶(0.1-x)∶x∶y，②氯盐为氯化镍时1.26∶(0.15-y/2)∶0.55∶(0.1-x)∶x∶(y/2)，③氯盐为氯化锰时1.26∶0.15∶(0.55-y/2)∶(0.1-x)∶x∶(y/2)，其中0≤x＜0.1；0≤y＜0.1。所述螯合剂的摩尔量为所有金属盐的摩尔量相加总和为0.8mol。

(4)、步骤(1)中所述在70～90℃下，以300～500转/分钟速度搅拌8～15小时，反应温度具体可以是70℃、80℃、90℃，反应转数可以是350转/分钟、400转/分钟、500转/分钟，反应时间具体可以是8小时、10小时、15小时。

(5)、步骤(1)中所述将凝胶状物在90～120℃烘12～15小时，所述烘干温度具体可以是90℃、120℃，所述烘干时间具体可以是12小时、15小时。