[发明专利]Li2MnO3和LiCoO2的复合正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域中的一种Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合正极材料。

背景技术

由于锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长、安全性能好、绿色环保等优点，已广泛应用于便携式电子设备、动力装置、航空航天、空间技术等领域。钴酸锂(LiCoO₂)是目前已商业化广泛使用的正极材料，但其在充放电过程中若电压大于4.2V，其极易发生相变，由层状结构相转变为类立方结构相，导致锂离子脱嵌过程中结构非常不稳定，电化学性能不理想，因此需要对其做进一步改性。目前已有的针对钴酸锂材料的修饰改性方法均采用两步法，其特点为先制备正极活性材料后再进行修饰，这样就使生产过程较为繁琐，而且增加了制造成本。更为重要的是这些修饰方法均采用电化学惰性的修饰材料，这样就使整个正极材料的理论容量有所下降，而且有可能带来一些新的问题。比如采用Al₂O₃或AlF₃包覆LiCoO₂，两种都额外加入一道生产工序，使操作复杂化；后者包覆时还会产生HF气体，从环保和能源节约方面考虑都是不可取的。本发明利用Li₂MnO₃结构稳定的特征，抑制充放电过程中LiCoO₂的相变，以提高Li₂MnO₃和LiCoO₂复合正极材料的循环稳定性和充放电电压窗口。工艺上采用一步法制备比容量高、循环性能好的Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合正极材料，工艺过程简单，易于控制，具有大规模工业化应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合正极材料。

本发明所提供的Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合正极材料，是符合xLi₂MnO₃·yLiCoO₂化学计量比的Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合氧化物，其中0.025≤x≤0.15，x+y＝1；所述Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合正极材料作为锂离子电池的正极材料，不但可以用于正常充放电，而且可以用于快速充电或者缓慢充电。

本发明提供的Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合正极材料的制备方法包括以下步骤：

(1)使金属离子Li∶Mn∶Co的比例为1.025∶0.025∶0.975～1.15∶0.15∶0.85，首先称取锂盐、锰盐和钴盐，将称取的金属盐研磨混匀，得到金属盐混合物；

(2)按总的金属离子与氢氧根的摩尔比为1∶1～1∶5的比例称取氢氧化物，并加入步骤(1)中得到的金属盐混合物中，将金属盐和氢氧化物充分混合后干燥，得到金属盐和氢氧化物的混合物；

(3)将步骤(2)获得的金属盐和氢氧化物混合物再次研磨，并进行热处理，先于低温下处理一段时间，后升温到高温再处理一段时间，随炉冷却至室温，得到块状物；

(4)将步骤(3)得到的块状物用去离子水洗涤几次后干燥，得到粉体；

(5)将步骤(4)获得的粉体高温处理一段时间，热处理后的粉体进行冷却处理后，获得Li₂MnO₃和LiCoO₂的复合正极材料粉末。

上述步骤(1)中的锂盐为碳酸锂、乙酸锂、草酸锂、硝酸锂、氯化锂中的一种或几种；锰盐为碳酸锰、乙酸锰、草酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种；钴盐为碳酸钴、乙酸钴、草酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种。

步骤(2)中的氢氧化物为氢氧化钠；干燥处理的温度为80℃～180℃，处理时间为1～6h。

步骤(3)中低温热处理温度为300～450℃，时间为1～6h；高温热处理温度为700℃～1000℃，时间为3～16h。

步骤(4)中干燥处理的温度为80℃～180℃，时间为1～6h。