[发明专利]锂离子二次电池正极材料、制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料以及制备方法领域，具体涉及一种锂离子二次电池正极材料、制备方法及锂离子电池。

背景技术

目前，我国的电池工业主要存在的问题就是环境污染及资源浪费严重。对于环境污染方面，由于电池工业生产的自动化、机械化程度不高，生产过程中的污染极大，如干电池行业产生的HgO、烟雾、石蜡烟气等，铅蓄电池行业产生的Pb、PbO粉尘、废酸、酸雾等，镍镉电池行业产生的粉尘污染等等，这些污染都会严重影响人体的健康。为了减少污染，保护环境，保护地球上的有限的不可再生资源，我们应尽可能扩大资源种类，选取地球上储量丰富且有利于环保的资源。由此可见，锂离子电池的研制开发工作迫在眉睫。当前锂离子电池正极材料的性能在很大程度上决定了锂离子电池整体的性能，因此正极材料的研究必须得到重视。最早实现商业化的正极材料是层状的锂钴氧化物LiCoO₂，但由于地球上Co资源匮乏，且Co元素有毒性，制约了该材料的广泛应用。随后商业上应用了其他正极材料，从与LiCoO₂结构相似的LiNiO₂到层状三元材料LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂再到尖晶石结构的LiMn₂O₄、聚阴离子型的LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃，这些正极材料的实际比容量基本都在100～160mAh/g区间内。面对储能电池、动力电池等新兴产业日益增长的需求，我们需要具备更高比容量，更好的热力学稳定性，更低的成本，对环境更加友好的锂离子电池正极材料。由于具有上述优点，新型富锂层状正极材料逐渐走入人们视线，与传统的层状正极材料相比，富锂层状正极材料成本更低，更环保，在2.0～4.8V电压区间内实际比容量高于200mAh/g，很有可能代替过去的锂离子电池材料，成为新一代正极材料。

Ru原子具有电化学活性，因为锂离子能够从Li₂RuO₃中脱出，同时Ru的化合价从+4价变为+6价。由于Li₂RuO₃中的两个锂离子都能够脱出，并且其中有一个锂离子能够反复脱嵌，具有电化学活性的Li₂RuO₃不仅能够提高富锂材料的稳定性，也能提高它的比容量。Ru与第一行过渡金属相比是一种重金属，因此Li₂RuO₃的理论容量比其他层状正极材料都要高。除此之外，Li₂RuO₃的电阻率很低，具有半导体的性质，综上所述，该材料适合作为嵌入化合物。目前为止没有将富锂钌基材料0.365Li₂RuO₃·0.45Li[NiCoMn]_1/3O₂作为锂离子电池正极材料的专利或文献。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子二次电池正极材料、制备方法及锂离子电池，该锂离子电池具有较高的比容量和稳定性。

本发明首先提供一种锂离子二次电池正极材料，其分子式为0.365Li₂RuO₃·0.45Li[NiCoMn]_1/3O₂，具有α-NaFeO₂型层状结构，属六方晶系，空间群为

本发明还提供一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括：

步骤一：将Li₂CO₃、NiO、CoO、RuO₂和MnO₂研磨混合，得到混合物粉末；

步骤二：将步骤一所得混合物粉末压成薄片，并放置到马弗炉中烧结；

步骤三：将步骤二得到的烧结后的样品放入液氮中进行淬火，得到锂离子二次电池正极材料。

优选的是，所述的Li₂CO₃、NiO、CoO、RuO₂、MnO₂中Li：Ni：Co：Ru：Mn元素的摩尔比为1.18：0.15：0.15：0.365：0.15。