[发明专利]富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池用正极材料技术，特别是富锂锰基正极材Li[Li_(1-2x)/3Ni_x-aM_yMn_(2-x)/3-b]O₂(M＝Co、Al、Ti、Mg、Cu)及其制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料是锂离子电池的关键原材料，其性能的好坏决定了锂离子电池的性能，其价格的高低决定了锂离子电池的成本，目前市场上的正极材料以钴酸锂为主，尖晶石锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸亚铁锂等材料也占有了一定的市场份额。钴酸锂是率先实现商品化的正极材料，其性能稳定、制备简单、工艺成熟，但是全球钴资源紧缺，并且我国是贫钴国家，因此钴酸锂的生产成本很高，产品价格居高不下，而且钴具有一定的毒性，钴酸锂的发展受到了阻碍，需要其它材料作为其替代品。尖晶石锰酸锂是目前市场上最低廉的正极材料，安全性也好，但是其比容量较低、高温循环性能差。镍钴锰酸锂与钴酸锂相比，价格低，比容量高，安全性好，对环境更友好，但是其平台电压低，压实密度也要更低一些。镍钴酸锂具有好的电化学性能，但是其价格比镍钴锰酸锂要高，并且安全性差。

与目前市场上的正极材料相比，富锂锰基正极材料Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂由于过渡金属元素以锰为主，锰资源丰富，价格低廉，并且对环境友好，因此是一种具有较好发展前景的新型材料。Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂材料是Li₂MnO₃与LiMn_0.5Ni_0.5O₂的固溶体，是一种复合结构，它在较高的充电电压下，具有很高的比容量，有文献报道Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂材料在2-4.8V以20mA/g的电流充放电的初始放电比容量为288mAh/g，但其循环稳定性很差，30次循环后放电比容量便降到213mAh/g。从目前文献中所报道的Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂材料来看，其存在着明显的缺陷，第一，文献中报道的Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂材料的高比容量都是在很低的倍率下充放电而得到的，当倍率增加时，比容量下降很快，材料的倍率性能是较差的；第二，Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂材料只有当其充电到4.5V以上时才能得到较高的比容量，如果在较低的电压下充电得到的比容量比钴酸锂等材料要低很多。综上所述，目前的Li[Li_(1-2x)/3Ni_xMn_(2-x)/3]O₂材料性能并没有达到实际应用的要求，因此迫切需要对其进行性能改进，以使其具备更优良的性能，尽快实现工业化生产。

发明内容

本发明目的是提供一种高比容量、高倍率、价格低廉、电化学性能优良、结构稳定性好及高安全性的富锂锰基正极材料Li[Li_(1-2x)/3Ni_x-aM_yMn_(2-x)/3-b]O₂(M＝Co、Al、Ti、Mg、Cu)。

本发明的另一个目的在于提供所述的富锂锰基正极材料Li[Li_(1-2x)/3Ni_x-aM_yMn_(2-x)/3-b]O₂(M＝Co、Al、Ti、Mg、Cu)的制备方法。

本发明技术方案：富锂锰基正极材料，其通式为：

Li[Li_(1-2x)/3Ni_x-aM_yMn_(2-x)/3-b]O₂(M＝Co、Al、Ti、Mg、Cu)，

其中0＜x≤0.5，