[发明专利]一种高容量锂离子电池复合正极材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高容量锂离子电池复合正极材料及其合成方法。

背景技术

锂离子电池以其比能量高、功率密度高、循环寿命长、自放电小、性价比高等优点已经成为当今便携式电子产品可再充式电源的主要选择对象。在锂离子电池的发展过程中，电池正极材料成为制约其大规模推广应用的瓶颈，制得性能优越、价格便宜的正极是锂离子电池商业化的关键性因素。

目前，已有的商业化锂离子电池正极材料有LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄，但这此正极材料的容量相对都较低，很难满足高容量、高能量密度电子产品的需求，特别是难以满足电动汽车的发展需要。有文献报道了一种富锂正极材料如Li[Li_0.2Ni_0.2Mn_0.6]O₂在电压2.0～4.6V，恒定电流0.1C下，首次放电容量达到270mAh/g，50个循环后容量保持率为92%，表现出很高的放电容量和循环稳定性，成为研究的热点。该类富锂正极材料主要是由Li₂MnO₃与层状材料LiMO （M=Ni,Mn,Co等过渡族金属元素）形成的固溶体。具有类似于LiMnO₂的层状结构，为ɑ-NaFeO₂构型，属于六方晶系、R-3m空间群。

虽然上述富锂正极材料具有高容量和循环稳定性，但这类富锂正极材料还存在首次库伦效率低和倍率性能差的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有富锂正极材料中首次库伦效率低、倍率性能差的问题，提供一种高容量锂离子电池复合正极材料。

本发明的另一个目的是提供该高容量锂离子电池复合正极材料的合成方法。

本发明实现上述目的的技术方案如下：

一种高容量锂离子电池复合正极材料，该复合正极材料包含有3～20质量%的γ-MnO₂和80～97质量%的分子式为Li_1.2Ni_(0.2-x)Mn_(0.6-x)Co_2XO₂的复合金属氧化物，其中，x=0～0.07。

上述高容量锂离子电池复合正极材料的合成方法，包括如下步骤：

（1）按配比量将可溶性的锂盐、镍盐、锰盐、钴盐和成胶剂溶于水中，然后调节溶液pH至中性或弱碱性，在温度为70～80℃反应6～10小时后生成溶胶；

（2）将溶胶烘干，得到的前驱体在450～550℃预烧5～8小时后冷却研磨，再在800～950℃下煅烧6～15小时后得到分子式为Li_1.2Ni_(0.2-x)Mn_(0.6-x)Co_2XO₂的复合金属氧化物；

（3）将γ-MnO₂在温度为130～350℃下加热处理5～25小时；

（4）将步骤（2）所得的复合金属氧化物与步骤（3）加热处理后的γ-MnO₂按配比量混合、研磨均匀，即得高容量锂离子电池复合正极材料。

进一步，所述锂盐为LiNO₃、LiCl、CH₃COOLi 和LiOH中的至少一种，所述镍盐为Ni(NO₃)₂、NiCl₂和Ni(CH₃COO)₂中的至少一种，所述锰盐为Mn(NO₃)₂、MnCl₂和Mn(CH₃COO)₂中的至少一种，所述钴盐为Co(NO₃)₂、CoCl2和Co(CH₃COO)₂中的至少一种。

进一步，所述成胶剂的摩尔用量等于镍盐、锰盐和钴盐三者摩尔用量的总和。

进一步，所述成胶剂为酒石酸和/或柠檬酸。

进一步，在步骤（1）中用氨水将溶液pH调节至7～7.5。

本发明的有益效果：