[发明专利]管状结构的复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用复合材料领域，具体涉及一种管状结构的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、安全性能好等优点，因此在数码相机、移动电话和笔记本电脑等便携式电子产品中得到广泛应用，对于电动自行车和电动汽车也具有应用前景。目前商品化的锂离子电池一般采用钴酸锂（LiCoO₂）、锰酸锂（LiMn₂O₄）、磷酸铁锂（LiFePO₄）作为正极材料。这些正极材料的容量较低，如钴酸锂的容量仅有137mAh·g^-1，不利于用作电动汽车用动力电池。

近阶段以来，一类基于层状锂锰氧Li₂MnO₃的高比容量的正极材料zLi₂MnO₃·(1-z)LiMO₂(0<z<1,M=Mn_0.5Ni_0.5,Mn_mNi_yCo_(1-m-y),0<m,y<0.5)，由于其高的容量（200～300mAh g^-1）引起了广泛的关注，并成为研究热点。如美国阿贡国家实验室的Thackeray研究小组发表了一篇关于0.3Li₂MnO₃·0.7Li Mn_0.5Ni_0.5O₂的报告（C.S.Johnson,J.S.Kim,C.Lefief,N.Li,J.T.Vaughey,M.M.Thackeray,The significance of the Li2MnO3component in‘composite’xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.5Ni_0.5O₂electrodes,Eletrochem.Commun.,2004,6(10),1085-1091），当x=0.3时，该组分的复合正极材料的容量可达287mAh g^-1，该复合材料呈层状结构。

虽然复合后可提高这类材料的容量及结构稳定性，但这类复合材料呈层状结构，循环稳定性不太理想。目前，提高该类复合材料循环稳定性的有效手段是减少其颗粒尺寸。中国专利申请CN201010188249.1公开了一种用于二次锂电池正极活性材料的锂锰复合氧化物，所述锂锰复合氧化物由通式Li₄Mn₅O₁₂Li₂MnO₃(I)表示，通式(I)所示的锂锰复合氧化物中，Li₄Mn₅O₁₂作为所述锂锰复合氧化物的核，Li₂MnO₃包覆在所述Li₄Mn₅O₁₂的外面形成外壳。该锂锰复合氧化物为具有核-壳结构的微米球，作为锂电池正极材料时虽然循环稳定性得到很大的改善，但其核-壳结构也导致了其放电容量较低，在2.8V左右的放电容量仅为113.2mAh g^-1，循环50次后放电容量为109.7mAh g^-1。