[发明专利]锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特指一种具有良好结构稳定性和较高比容量的锂离子电池正极材料。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好、工作电压高、无记忆效应等优点，成为应用最为广范的二次电池之一。随着电子技术的飞速发展，人们对锂离子电池提出了更高的能量密度及更长的循环性能等要求。因此，开发高性能的正极材料对于锂离子电池的发展显得尤为重要。

在目前商品化的锂离子电池正极材料中，应用最广泛、最为成熟的正极材料为钴酸锂(LiCoO₂)。虽然LiCoO₂的理论克容量为275mAh/g，但其在4.2V工作截止电压下的可逆克容量仅为140mAh/g左右，相对较低。提高LiCoO₂的充电截止电压（即高于4.2V），容易使其发生结构破坏，热稳定性变差，导致电池的循环性能变差，并带来很大的安全隐患。此外，LiCoO₂中的钴属于稀有金属，资源紧缺，因而成本较高，而且其对环境有破坏作用。因此，寻找低成本、高能量密度、安全性好的非钴或低钴正极材料成为锂电正极材料的一个发展方向，如LiNi_aMn_bCo_cO₂等。在层状结构的LiNi_aMn_bCo_cO₂中，Ni能够提升材料的容量，Mn能够降低材料的价格，Co的存在是能够稳定材料中由Li-Ni-Mn搭建的晶体框架结构。随着研究的进一步深入，发现通过合成方法优化在Li-Ni-Mn框架结构中不再掺杂Co，材料依然能够稳定存在为LiNi_xMn_1-xO₂。例如，申请号为201210532234.1和200510024462.8的中国专利申请所公开的锂镍锰氧复合材料。但是普遍认为，LiNi_xMn_1-xO₂中，x的值不宜大于0.5，否则会因为Li与Ni在晶格中出现混杂造成结构会不稳定，导致较大的不可逆容量损失和较差的循环性能。而且现有技术中，对于x大于0.5的锂镍锰氧的合成还没有提出很好的方法。

但是，本发明的发明人经过潜心研究，发现通过前驱体筛选及多次烧结优化的方式制备的Li_1+zNi_xMn_yA_1-x-yO₂材料中x的值大于0.5时，材料中Li-Ni相位变得均匀稳定从而使材料获得稳定的晶相结构，并且具有很高的比容量，振实密度也未降低。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种具有良好结构稳定性和较高比容量的锂离子电池正极材料。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池正极材料，所述正极材料具有层状结构，并且所述正极材料的表达式为Li_1+zNi_xMn_yA_1-x-yO₂，其中，0.5≤x≤0.9，0.1≤y≤0.5，0.9≤x+y≤1，0＜z≤0.1所述A为Mg、Zr、Ti、Si、Sc、La和Al中的至少一种元素，所述正极材料还包括包覆于所述Li_1+zNi_xMn_yA_1-x-yO₂表面的金属氧化物或金属氟化物。

作为本发明锂离子电池正极材料的一种改进，所述金属氧化物为Al₂O₃、MgO、La₂O₃或TiO₂。

作为本发明锂离子电池正极材料的一种改进，所述金属氟化物为AlF₃或LiF。

作为本发明锂离子电池正极材料的一种改进，所述金属氧化物或金属氟化物占所述正极材料总质量的0.01~3wt%。若包覆量过大，会使得正极材料的晶相结构中存在杂相，从而导致材料电化学性能的下降；若包覆量太小，又起不到包覆效果。

作为本发明锂离子电池正极材料的一种改进，所述金属氧化物或金属氟化物占所述正极材料总质量的0.1~2wt%。更优选的，所述金属氧化物或金属氟化物占所述正极材料总质量的1wt%。