[发明专利]单晶型IV-VI-VIII族富锂无序岩盐结构正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单晶型IV－VI－VIII族富锂无序岩盐结构正极材料及其制备方法，所述正极材料具有如下通式组成：Li_1+aTi_bW_cNi_dO₂，其中，0.1＜a＜0.3，0.1＜b＜0.4，0.1＜c＜0.4，0.1＜d＜0.4，并且a+4b+6c+2d＝3。本发明的单晶型材料由IV、VI和VIII族元素组成，并具体由IV族元素的钛、VI族元素的钨、VIII族元素的镍组成，其与传统三元镍钴锰酸锂正极材料相比，具有更加稳定的三维无序阳离子骨架结构、较完整的晶体结构、较高的压实密度和较小的比表面积，因此具备较好的倍率性能和循环性能，可用于锂离子电池中。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，特别涉及一种单晶型IV-VI-VIII族富锂无序岩盐结构正极材料及其制备方法。

背景技术

进入21世纪，能源危机和环境污染问题逐渐成为阻碍世界高质量发展不可回避的话题，发展新型环保能源由此上升为决定人类未来命运的重大课题。利用新能源的主要方式是将其转换成电能，因此能量的储存和转换是关键问题。锂离子电池作为一种高效的能源存储装置获得了世界各国的广泛关注。在锂离子电池体系中，电池容量主要受限于正极材料容量，正极材料成本也占据电池成本的30％以上，因此寻找具有高容量同时生产成本较低的正极材料成为电池行业发展的关键。

目前商业化应用的锂离子电池正极材料主要是层状有序结构的锂过渡金属(TM)氧化物正极材料，其良好的有序结构有利于层状正极材料获得良好的性能。特别是富锂过渡金属氧化物，由于过渡金属和晶格氧的氧化还原反应大幅度提升材料脱嵌锂的数量，从而实现较高的能量密度，但首周库伦效率低、比容量和电压衰减较大、动力学滞后等缺点限制了其进一步发展。难以满足目前电动汽车对锂离子电池正极材料的要求。富锂无序岩盐正极材料具有放电比容量高、能量密度高、循环过程结构稳定等优点，是近年来备受关注的锂离子电池富锂正极材料。IV-VI-VIII族富锂无序岩盐结构正极材料由于其安全无毒、便宜而受关注。然而现有制备技术大多采用传统的固相烧结法合成，其烧结温度较高会导致晶粒长大、组分不均一，特别是某些组分挥发导致非化学计量比，进而影响相关电化学性能。传统的溶胶凝胶方法所制备粉体会产生团聚，导致煅烧不均匀、降低材料振实密度并影响电化学性能。

正极材料单晶化制备已经成为当下锂离子电池正极材料研究的热点。首先，单晶正极材料可以有助于缓解传统多晶正极材料二次球形颗粒结构坍塌引发的循环衰减与产气问题；其次，单晶结构具有较强机械强度与压实密度，避免传统多晶正极材料堆积密度低与压实密度偏低等缺点，有效提升正极材料能量密度；最后，单晶正极材料较小的比表面积有助于减少与电解液的接触面积从而缓解副反应的产生，较为均匀光滑的表面增强与导电剂的接触从而提升离子电子传输速率。然而，目前正极材料单晶化制备主要应用在三元镍钴锰酸锂等正极材料，但对于单晶型IV-VI-VIII族富锂无序岩盐结构正极材料研究很少且鲜有报道。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种单晶型IV-VI-VIII族富锂无序岩盐结构正极材料及其制备方法，该单晶型IV-VI-VIII族富锂无序岩盐结构正极材料具有较完整的晶体结构、较高的压实密度和较小的比表面积，可大幅度地减小材料与电解液间的接触面积，有效抑制循环过程中副反应的发生，使材料的结构稳定性增强，从而提高电池倍率性能与循环稳定性。

本发明采用的技术方案如下：一种单晶型IV-VI-VIII族富锂无序岩盐结构正极材料，其特征在于，所述正极材料具有如下通式组成：Li_1+aTi_bW_cNi_dO₂，其中，0.1＜a＜0.3，0.1＜b＜0.4，0.1＜c＜0.4，0.1＜d＜0.4，并且a+4b+6c+2d＝3，用以满足分子化合价的要求。