[发明专利]一种阴阳离子复合掺杂的高电压尖晶石型锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域。提供一种阴阳离子复合掺杂的高电压尖晶石型锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征是：所述正极材料的化学通式为Li[Ni0.5Mn1.5]1‑xM1xM2xO4‑xM3x，其中0≤x≤0.2，M1和M2为Li、Al、Cr、Co中的一种或多种，M3为F、Cl中的一种或多种；用柠檬酸溶胶凝胶法制备。本发明使用Cr‑F复合掺杂制备的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料为尖晶石结构，结晶度高，材料的稳定性提高。本发明复合掺杂制备的材料可抑制由于F单一掺杂而导致Mn3+过多，能有效的提高材料的循环和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种阴阳离子复合掺杂的高电压尖晶石型锂离子电池正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池因其具有比能量大、自放电小、循环寿命长、安全性能好等优点，已被广泛应用于各种可移动电子设备和高能量设备，如智能手机、笔记本和电动汽车等。

在众多正极材料中，LiCoO2已成功商业化并且被广泛使用，而钴却是一种比较贫乏且价格昂贵的资源，并且对环境产生污染。相比于LiCoO2，尖晶石LiMn2O4正极材料则具有资源丰富、成本低、无环境污染、安全性能好等优点，被认为是最有希望代替LiCoO2的正极材料。但是经过多年的研究表明，在充放电过程中，LiMn2O4材料存在Jahn-Teller效应，导致其循环性能较差、比容量衰减以及高温性能差。为克服这些缺陷，很多研究者提出用其他金属元素部分取代锰元素来合成LiMxMn2-xO4(M＝Co，Cr，Ni，Fe，Cu等)改善尖晶石LiMn2O4的性能。其中，5V高电压尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4备受关注。电池的能量密度约为电池放电电压和容量的乘积，高电压尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4具有约4.7V的放电电势和约148mAh/g的理论容量，其能量密度达到686Wh/kg，具有极高的开发潜力。

虽然高电压尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4具有极高的放电电势和能量密度，但是LiNi0.5Mn1.5O4在充放电过程中，其电解液在高电压下极易被氧化，在材料表面形成固体电解质界面层，阻碍了锂离子的脱嵌，使其容量大大降低，其循环性能变差，高温下此情况更严重。除此之外，在材料的合成制备中，其煅烧温度高于700℃时，其容易形成如LixNi1-xO(NiO)等杂质相，导致其电化学性能恶化。

发明内容