[发明专利]一种锂离子电池用钠掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电源锂离子电池正极材料技术领域，涉及一种锂离子电池用钠掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长以及环境友好等众多优点，被广泛应用于便携式电子设备，并且在大规模动力电池领域具有较好的应用前景。正极材料作为锂离子电池的核心而受到研究人员的广泛关注。近年来，富锂锰基固溶体材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn、Co、Ni₁/₃Mn₂/₃、Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4、Ni₁/₃Co₁/₃Mn₁/₃等)因其高于250mAh·g^-1的比容量而成为研究热点。

与传统的LiCoO₂及LiFePO₄材料相比，三元复合材料具有诸多缺陷，比如本身结构所带来的首次不可逆容量高，电导率低所带来的倍率性能不佳，以及高电压充放电带来的循环稳定性差。富锂的目的是稳定材料的结构，避免充放电过程中层状结构向尖晶石结构的转变。此外，提高富锂正极材料中锰含量也有助于稳定材料的结构。而且以高储量、低成本的锰元素取代镍和钴元素，也有助于降低材料的成本。

发明内容

本发明目的是提供一种钠掺杂的高锰含量富锂锰基正极材料及其制备方法，该材料通过掺杂钠盐的加入以及合适的掺杂比例，以解决现有富锂锰基正极材料循环稳定性差，成本高的问题。

本发明的技术方案为：

一种锂离子电池用钠掺杂富锂锰基正极材料，该材料为钠盐掺杂的富锂锰基固溶体正极材料，所述的富锂锰基固溶体正极材料的通式为xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂·(1-x)LiNi_0.2Co_0.2Mn_0.6O₂，其中0.4≤x≤0.7，钠元素掺杂量为锂元素摩尔含量的1～10％；

其中所述钠盐为Na₂CO₃、Na₂C₂O₄、NaNO₃其中的一种。

所述的锂离子电池用钠掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：根据富锂锰基正极材料xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂·(1-x)LiNi_0.2Co_0.2Mn_0.6O₂的化学计量比称取可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐，用去离子水配成过渡金属盐混合溶液，其中0.4≤x≤0.7；

步骤2：在恒温搅拌反应釜内加入步骤1所得过渡金属盐溶液体积5-10％的去离子水，用络合剂溶液调节其pH值至7.0-9.0作为反应底液，而后以恒定滴速加入过渡金属盐混合溶液，同时加入络合剂溶液并调节其滴速使反应溶液的pH值保持7.0-9.0，过渡金属盐溶液滴加完毕即完成络合反应得到络合溶液；

步骤3：在另一恒温搅拌反应釜内加入步骤2所得络合溶液体积3-5％的去离子水，用沉淀剂溶液调节其pH值至7.0-9.0作为反应底液，而后以恒定滴速加入络合溶液，同时加入沉淀剂溶液并调节其滴加速率使反应溶液的pH值保持7.0-9.0，络合溶液滴加完毕即完成沉淀反应得到悬浊液；

步骤4：将步骤3所得悬浊液陈化10-15h后过滤，并用去离子水洗涤滤饼，干燥后即得镍钴锰三元复合前驱体；

步骤5：将步骤4所得镍钴锰三元复合前驱体、化学计量比的钠盐及化学计量比为101～103％的锂盐球磨混合4～6h后干燥，400～500℃预烧4～6h，冷却至室温后研磨30～60min，然后800～900℃保温15～20h，最后得到所述锂离子电池用钠掺杂富锂锰基正极材料。

其中所述步骤1中所述可溶过渡金属盐溶液浓度为0.5～2mol·L^-1。

其中所述步骤2中所述络合剂为氨水，浓度为0.5～2mol·L^-1。