[发明专利]一种类海胆状含钠富锂层状正极材料及其制备方法

说明书

一种类海胆状含钠富锂层状正极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料及其制备技术领域。该材料化学组成表示为Li_1.2‑zNa_zMn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂且0.03≦z≦0.1，由六棱柱状一次粒子构成类海胆结构。该材料先通过共沉淀方法得到过渡金属复合碳酸盐(MCO₃,M＝Mn,Co,Ni)前驱体，然后经过高温焙烧得到过渡金属复合氧化物(MO_x,M＝Mn,Co,Ni)，再将过渡金属复合氧化物与锂源、钠源球磨混合后高温焙烧获得产品，优点在于，该材料具有良好的倍率性能和循环稳定性。在高温焙烧过渡金属复合氧化物、锂源和钠源混合物的过程中，利用钠离子对晶面生长取向性的影响，获得类海胆状含钠富锂层状材料，制备工艺简单。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料及其制备技术领域，特别是涉及一种类海胆状含钠富锂层状正极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料能源的日益枯竭及环境污染问题的日益严峻，电动车越来越受到人们的关注。电动车的迅速发展也对动力型锂离子电池提出了更高要求。富锂层状正极材料具有比现在通用正极材料更高的比容量(可达200mAh/g以上)及良好的安全性能，成为最具发展潜力的新一代动力型锂离子电池正极材料。但富锂层状正极材料尚存在首周库伦效率低、循环性能差、倍率性能低等问题，包覆、掺杂及调控材料微观结构是改善富锂层状正极材料的有效手段。

在文献(1)J Mater Chem A,2013,1,11397-11403中，Wei He等人采用聚合物热解法制备了富锂层状Li_1.2[Co_0.13Ni_0.13Mn_0.54]O₂及钠掺杂的Li_1.17Na_0.03[Co_0.13Ni_0.13Mn_0.54]O₂。研究表明，掺杂钠进入富锂层状材料的锂离子层，使合成材料具有更稳定的立方结构，表现为掺杂材料具有更明显的棱角，具有超出理论容量的可逆放电比容量、较高的首次库伦效率、良好的倍率性能及循环稳定性。但采用聚合物热解法制备的材料粒径仅为100-150nm，比商品化微米级正极材料相比粒径小很多，成膜性较差，并且会导致较低的振实密度和压实密度。

在文献(2)J Mater Chem A,2014,2,15200-15208中，Xialin Liu等人采用NaOH熔融盐法制备富锂层状Li_1.2(Mn_0.4Co_0.4)O₂，利用NaOH作为矿化剂，通过增加表面张力和减小体积应变能，获得沿[0001]晶轴取向生长的六棱柱状Li_1.2(Mn_0.4Co_0.4)O₂，且当NaOH矿化剂与过渡金属比值R＝5时性能最佳，相较于未使用矿化剂的样品在初始比容量及循环稳定性方面均有一定提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种类海胆状含钠富锂层状正极材料及其制备方法，该层状正极材料结构减小了锂离子传输距离，增强了充放电循环过程中结构稳定性，因此具有良好的倍率性能和循环稳定性；并且制备工艺简单。

本发明的类海胆状含钠富锂层状正极材料的化学组成可表示为Li_1.2-zNa_zMn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂且0.03≦z≦0.1，由六棱柱状一次粒子构成类海胆结构，粒径在10μm左右，其结构示意图如图1所示。该海胆状结构比表面积大，能与导电剂、电解液充分接触，还可以减小锂离子传输距离，增强充放电过程中结构稳定性。