[发明专利]一种层内阳离子无序的全锰或高锰基富锂层状正极材料及其制备方法

说明书

一种层内阳离子无序的全锰或高锰基富锂层状正极材料及其制备方法，其特征在于，其化学式为Li_x(Li_yM_1‑y)O₂，且层内阳离子无序；其化学式中，M必包含Mn，还包含Co，Ni，Al，Fe中零种、一种或多种，其在化学式中的总和占比为1‑y；化学式中x≤z，0.35≤z≤1.0，0≤y≤0.3333，z是前驱体氧化物A_z[Li_yM_1‑y]O₂中碱金属占比，A是Na或K；所述的层内阳离子无序是指过渡金属层[Li_yM_1‑y]中Li元素与金属M元素是部分或完全无序排列的。通过锂离子对层状钠、钾正极材料中钠钾离子的熔盐离子交换，从而得到一种层内阳离子无序的全锰或高锰基富锂层状正极材料，其拥有较大层间距、更好的结构稳定性，提高高电压下材料的循环性能、比容量和倍率性能。

技术领域

本发明是一种层内阳离子无序的全锰或高锰基富锂层状正极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料和电化学领域，涉及一种层内阳离子无序的全锰或高锰基富锂层状正极材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的进一步消耗，可持续发展与环境友好需求日盛。作为一种最常用的储能材料，锂离子电池在世界未来能源的发展前景中占据着非常重要的角色。锂离子电池作为良好的储能器件可实现新能源在时间和空间的便捷使用，因此，自锂离子电池在90年代商业化以来就收到了广泛关注。同时，新兴电动汽车的出现及快速发展，传统商业化的锂离子电池已经无法满足其需求。对于锂离子电池而言，正极材料一直以来都是其关键问题。寻求更高比能，更高功率密度，更廉价的正极材料一直是学术界以及工业界的奋斗目标。

目前，市场上比较常用的几种正极材料，有层状的LiCoO₂,三元(NCM，NCA)，高镍三元以及聚阴离子型的LiFePO₄以及尖晶石型的LiMn₂O₄等，但比容量均很低(120-200mAh/g)，因此能量密度不高。

寻求更高能量密度正极材料一直以来是学术界以及工业界的目标，因此，富锂正极材料因其比容量高(250mAh/g以上，甚至超过300mAh/g)，最近几年受到广泛研究。然而，其缺点仍较多，比如：首次库伦效率较低(65％-80％)；循环稳定性差；倍率性能差，0.1C电流密度下释放将近300mAh/g比容量，然而在1C电流密度下，仅能释放200mAh/g比容量；再者，虽然富锂正极材料增加了锂和锰元素的比例，但仍然不可避免地需要较贵金属钴和镍，这无疑增加了材料成本，也阻碍了其商业化进程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种层内阳离子无序的全锰或高锰基富锂层状正极材料其制备方法，从而得到一种层内阳离子无序且拥有较大层间距的锂离子电池富锂层状结构正极材料，提高高电压下材料的稳定性、比容量和倍率性能。

一种层内阳离子无序的全锰或高锰基富锂层状正极材料，其特征在于，其化学式为Li_x(Li_yM_1-y)O₂，且层内阳离子无序；其化学式中，M必包含Mn，还包含Co，Ni，Al，Fe中零种、一种或多种，其在化学式中的总和占比为1-y；化学式中x≤z，0.35≤z≤1.0，0≤y≤0.3333，z是前驱体氧化物A_z[Li_yM_1-y]O₂中碱金属占比，A是Na或K；所述的层内阳离子无序是指过渡金属层[Li_yM_1-y]中Li元素与金属M元素是部分或完全无序排列的。