[发明专利]一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法；该正极材料包括：掺铝钴酸锂LiCo_xAl_1‑xO₂和包覆在掺铝钴酸锂表面的富锂锰yLi₂MnO₃·(1‑y)LiMO₂；其中M为Mn、Ni、Co中的一种或多种；0.95≤x≤0.99，0.25≤y≤0.75。本发明的Li₂MnO₃在高压下可以稳定LiMO₂结构作为稳定剂，而LiMO₂可以有效抑制电压衰减并且可以激活Li₂MnO₃电化学活性作为活化剂，Li₂MnO₃与LiMO₂间的协同作用使得整个正极材料具有高的可逆能力；同时可避免传统无机化合物包覆存在界面阻抗高的问题。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，特别涉及一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着高端3C产品、电动交通工具迅猛发展，锂离子二次电池的使用量也越来越大，在电池领域发挥着不可替代的作用。目前，商品化的锂离子电池正极材料主要有：钴酸锂、尖晶石锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料和镍酸锂正极材料。

锂离子电池正极材料中，LiCoO₂是商业化最早的锂离子电池，该材料稳定性好，然而实际上在2.7-4.2V电压区间只能释放理论容量274mAh/g的大约一半电量。理论上提高钴酸锂的充电截止电压就会有更多的锂离子可逆的嵌入和脱出，从而获得较高的能量密度。但是高电压将导致材料不可逆的相变和Co⁴⁺的溶解，从而使其热稳定性尤其是循环性能变差。在LiCoO₂表面包覆无机化合物可以有效地阻止容量的衰减。但是传统无机化合物包覆存在界面阻抗高的问题。

现有对钴酸锂的表面包覆研究中还存在截止电压提高有限，且包覆结构的稳定性差的问题，同时，在高电压下，钴酸锂的层状结构易受到破坏从而严重影响其循环性能。因此，如何满足锂离子电池对能量密度的更高要求是锂电池行业的重要问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明能在4.6V高截止电压下获得放电比容量为273.9mAh/g的LiCo_0.99Al_0.01O₂-Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂复合正极材料，且库伦效率达到83％以上。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

(一)一种高电压锂离子电池正极材料，包括：掺铝钴酸锂LiCo_xAl_1-xO₂和包覆在掺铝钴酸锂表面的富锂锰yLi₂MnO₃·(1-y)LiMO₂；其中M为Mn、Ni、Co中的一种或多种；0.95≤x≤0.99，0.25≤y≤0.75。

进一步地，M包含Mn、Ni和Co。

更进一步地，所述富锂锰的化学式为：yLi₂MnO₃·(1-y)Li(Mn_0.35Ni_0.325Co_0.325)O₂。