[发明专利]一种锂离子电池高比能复合富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产锂电池的新型结构正极材料及其制备方法，具体地，涉及一种锂离子电池高比能复合富锂正极材料及其制备方法。

背景技术

因为锂电池正极材料对锂电池的比能量、循环寿命等性能有着很大的影响，所以研究开发结构稳定的高比容量的锂离子电池正极材料成为当前的一个热点。富锂锰基正极材料以高于250mAh/g的放电容量成为实用氧化物正极材料体系中比容量最高的材料之一。这个材料的一般分子式可以写为：xLi₂MnO₃ (1-x)LiMO₂，其中M代表Mn或Ni或Co或它们的混合物。从结晶结构而言，这个正极材料是由Li₂MnO₃ 纳米微区和LiMO₂纳米微区构成的纳米复合正极材料。现有的合成方法是把各种原材料混合后，在900 ^oC以上高温下烧成晶化制备而成。即Li₂MnO₃ 和LiMO₂纳米微区的大小、混合形态是随机生成的。所以，从合成方法的角度，现有技术不能控制xLi₂MnO₃ (1-x)LiMO₂正极材料的微结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生产锂电池的新型纳米微观复合形态的富锂三元正极材料，并提供控制富锂三元正极材料纳米微观复合形态的制备方法，可以控制纳米微区的大小及其复合形态，从而提高材料的充放电性能，最终达到组装高性能锂电池的目的。

为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池高比能复合富锂正极材料，其中，该复合富锂正极材料的通式为Li₂MnO₃·Li_2/3M_xMnO₃；M 为一价或二价金属离子或二者的混合物；2/3≤x≤4/3，当M为一价金属离子时x=4/3，当M为二价金属离子时x=2/3。

本发明还提供了一种上述锂离子电池高比能复合富锂正极材料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，合成Li₂MnO₃纳米晶体；步骤2，在酸溶液中处理所述的Li₂MnO₃纳米晶体，沿其表面的层结构方向生成Li_2/3H_4/3MnO₃，从而形成Li₂MnO₃·Li_2/3H_4/3MnO₃复合结构前驱体；步骤3，在含金属离子M的溶液中处理所述的Li₂MnO₃·Li_2/3H_4/3MnO₃复合结构前驱体，使其表面的Li_2/3H_4/3MnO₃转化为Li_2/3M_xMnO₃化合物，形成Li₂MnO₃·Li_2/3M_xMnO₃复合结构中间体；步骤4，热处理所述的Li₂MnO₃·Li_2/3M_xMnO₃复合结构中间体，使其晶化形成复合富锂正极材料。

上述的锂离子电池高比能复合富锂正极材料的制备方法，其中，所述的步骤1是将浓度为0.2~4mol/l的硫酸锰溶液和0.1~4mol/l的氢氧化锂溶液按Li/Mn的化学计量比为2~3.5进行混合，然后进行水热处理，处理温度为120~250^oC，处理时间为10~24小时，得到所述的Li₂MnO₃纳米晶体。