[发明专利]一种单晶型一维结构富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

一种单晶型一维结构富锂锰基正极材料及其制备方法，属于材料合成技术领域。所述正极材料的化学式为Li[Li_a(Mn_vNi_xCo_yM_z)_1−a]O₂，其中M为Fe、Cr、Mo中的一种元素。制备方法为：称取锂源、锰盐、镍盐、钴盐、M盐与氯化钾均匀混合；将得到的混合物进行高温煅烧，得到富锂锰基正极材料与氯化钾混合物；将得到的混合物进行水洗过滤，得到具有一维纳微形貌与单晶晶体结构的富锂锰基正极材料。本发明通过利用多金属协同作用提供较高的放电容量，利用一维结构本征载流子扩散路径短的优点，提高材料倍率容量，同时利用单晶晶体结构表面能低、化学稳定性高的特性，保持材料的循环性能。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，尤其涉及一种单晶型一维结构富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、输出电压高、环境污染小等优于其它二次电池的特点，是我国政府提出重点培育和发展新能源、新材料、新能源汽车等新兴产业的重要基础产品。锂离子电池在便携式电子设备领域已得到广泛应用，同时在电动汽车和储能电站等领域也已展现出巨大的应用前景。

锂离子电池商业化以来，正极材料已成为锂离子电池能量密度提高和价格降低的瓶颈。目前，对正极材料的研究及应用主要集中在以下几类：层状结构LiMO₂（M为Co、Ni、Mn等）、尖晶石结构LiMn₂O₄与橄榄石结构LiFePO₄等。上述几类材料的实际容量在100~200mAh/g之间，难以满足正极材料亟待提高可逆比容量、降低成本的发展需求。与之相比，富锂锰基固溶体Li[Li_a(Mn_vNi_xCo_y)_1−a]O₂正极材料在高于4.5 V的充电电压下，可提供250~300mAh/g的实际可逆比容量，具有能量密度高、热稳定性好、原料成本低、环境友好等优点，是发展低造价、高能量密度（大于300 Wh/kg）锂离子电池的重要候选正极材料。但是富锂锰基正极材料电导率偏低，大电流放电以及高倍率性能差，循环过程中容量衰减快，这些缺点已成为限制富锂锰基正极材料应用的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前富锂锰基正极材料电导率偏低、倍率性能差及容量衰减快的问题，提供一种单晶型一维结构富锂锰基正极材料及其制备方法，该方法通过利用多金属协同作用提供高放电容量，利用一维结构本征载流子扩散路径短的优点，提高材料倍率容量，同时利用单晶晶体结构表面能低、化学稳定性高的特性，保持材料的循环性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种单晶型一维结构富锂锰基正极材料，所述正极材料的化学式为Li[Li_a(Mn_vNi_xCo_yM_z)_1−a]O₂，其中，0a1，v+x+y+z=1，0≤xv，0≤yv，0≤zx，0≤zy，v1，M为Fe、Cr、Mo中的一种元素，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5。

一种上述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一：按正极材料化学式Li[Li_a(Mn_vNi_xCo_yM_z)_1−a]O₂分别称取相应摩尔比的锂源、锰盐、镍盐、钴盐与M盐，将它们均匀混合，得到混合物A，称取氯化钾与混合物A均匀混合，得到混合物B；