[发明专利]固溶体法生产嵌锂层状多元复合物

说明书

技术领域

本发明涉及固溶体法生产嵌锂层状多元复合物（Ni、Co、Mn），是锂离子电池正极材料，属锂离子电池的技术领域。 

背景技术

手机、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、电动工具等便携式电子产品在市场上的广泛应用,带动了锂离子电池行业的快速发展。虽然目前钴酸锂仍是应用最广的锂离子电池正极材料,但随着人们对高能电池性能期望值的不断提高,其容量和安全性能已逐渐难以满足需要,加之近几年来非洲对钴资源的垄断造成钴价飞涨,锂电池市场亟待钴酸锂替代品的出现。近年来,人们陆续开发出Ni-Co[1],Co-Mn[2],Mn-Ni[3]等混合氧化物体系,而Mn-Ni-Co三元体系更是成为电池工作者的研究焦点。三元体系具有比容量高、循环性能好、安全性能好、价格低廉、易于合成等优点,被公认为是最有前景的钴酸锂替代材料之一。已经报道的Mn-Ni-Co 三元体系材料制备方法有: 氢氧化钠共沉淀法[4],碳酸钠共沉淀法[5],草酸盐共沉淀法[6],溶胶凝胶法[7],喷雾干燥法[8],氢氧化物混合烧结法[9]等。这些方法或者合成工艺路线长,或者无法精确控制原料配比,或者无法批量生产,均存在一定的局限性。本专利尝试以锰、镍、钴各自的金属氧化钴和碳酸锂为原料,研究高温固相反应制备新型正极材料LiMn_1-x- yNi_xCo_yO₂的可行性。 

发明内容

本发明的目的克服现有制作锂离子电池正极材料技术的某些不足之处，提供一种能够大量使用Mn来降低Co和适量的镍，弥补LiCoO₂的膨胀系数、收缩，使电极结构更稳定、产品性能更稳定、更安全，锰的价格相对低廉。由于充分综合镍酸锂的高比容量、钴酸锂良好的循环性能和锰酸锂的高安全性及低成本等优点,利用分子水平的掺杂、包覆和表面修饰等方法来合成锰镍钴等多元素协同的复合正极材料,因其良好的研究基础及应用前景而成为近年来研究热点之一。对于LiMn_xCo_yNi_1- x - yO₂ 材料来说,各元素的比例对其性能有显著的影响。Ni的存在能使LiMn_xCo _yNi_{1 - x - y} O₂ 的晶胞参数a 和c 值分别增加, c/ a 减小,晶胞体积增大,有助于提高材料的可逆嵌锂容量。但过多Ni²⁺ 的存在又会因为位错现象而使材料的循环性能变差。Co能有效稳定复合物的层状结构并抑制3a 与3b 位置阳离子的混合,即减小Li 层与过渡金属层的阳离子混合,从而使锂离子的脱嵌更容易,并能提高材料的导电性以及改善其充放电循环性能; 但随Co 的比例增大,晶胞参数中的c和a值分别减小(但c/ a值增加) ,晶胞体积变小,导致材料的可逆嵌锂容量下降。而引入Mn后,除了能大幅度降低成本外,还能有效改善材料的安全性能。 

附图说明

 图1为发明专利固溶体法生产嵌锂层状多元复合物LiCoO₂基料充放电曲线（电流密度=0.17mA/cm²）图； 

     图2为发明专利固溶体法生产嵌锂层状多元复合物LiCo_0.30.5O₂(LiNiCoO₂)由基料＜1＞与＜2＞合成的产品充放电曲线（电流密度=0.17mA/cm²）图；

     图3为发明专利固溶体法生产嵌锂层状多元复合物LiNiO₂基料充放电曲线（电流密度=0.17mA/cm²）图；

     图4为发明专利固溶体法生产嵌锂层状多元复合物三元层状Li（Ni、Co、Mn）O₂XRD图。

具体实施方式

固溶体法生产嵌锂层状多元复合物（Ni、Co、Mn）制备：以钴、镍、锰等元素的氧化物为原料, 与电池级碳酸锂按一定比例混合, 经高温煅烧、破碎、筛分处理, 得到Li(Mn-Ni-Co)O2 三元材料粉末。用激光粒度仪( 美国库尔特公司LS230) 分析产物的粒度分布; 用X-ray 衍射仪( 日本理学公司D/max-rB) 分析产物的晶相结构; 通过扫描电子显微镜( 日本日立S-3500N) 观察其微观形貌。