[发明专利]铬掺杂锂镍锰氧材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种铬掺杂锂镍锰氧材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。

背景技术

近年来，随着能源、环境问题的日益严峻以及电子产品轻型化的要求，科研人员对锂离子电池的研究不断深入。由于商业化的锂离子电池正极材料LiCoO₂价格高、有毒性，科研人员一直努力寻找其替代品。锰酸锂由于其价格低廉、无毒而倍受关注。而含有镍的LiNi_0.5Mn_1.5O₄充放电过程中主要存在4.7V的平台，对应Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化-还原过程，还有极小的4V平台，对应于Mn³⁺/Mn⁴⁺的氧化-还原过程。由于LiNi_0.5Mn_1.5O₄的理论比容量可达到146.7mAh/g，有希望作为动力电池材料，成为当今锂离子电池材料研究的热点。但是，在实际应用中仍然存在一些问题，例如：现有技术中LiNi_0.5Mn_1.5O₄存在氧缺陷，结构不稳定，电压平台高导致的电解液分解，Mn的溶解及Jahn-Teller效应等问题，最终导致该材料循环性能低下。

为了进一步改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的结构和电化学性能，不少科研人员对其进行了元素掺杂或表面改性处理，并取得了一定的进展。Sung Bin Park等采用溶胶-凝胶法合成了掺杂铬的LiNi_0.45Cr_0.05Mn_1.5O₄正极材料（Sung Bin Park、Won Sob Eoma、Won Il Chob、et al，Journal of Power Sources，2006，159：679-684），0.5C充放电循环，首次放电比容量为137mAh/g，循环50次，容量保持率为97.5%。张乃庆、杨同勇、孙克宁等，一种提高锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄电化学性能的方法，中国专利申请号：CN201010177822.9，通过将硝酸铬溶于乙醇水溶液，加入LiNi_0.5Mn_1.5O₄，分散，煅烧，得到高电化学性能的铬掺杂的正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

发明内容

本发明的目的是解决现有锂镍锰氧材料和由其制备的锂离子电池的循环性能低下的问题，提供一种铬掺杂锂镍锰氧材料的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种铬掺杂锂镍锰氧材料的制备方法，包括：

1）共沉淀法制备前躯体Ni_0.5-xCr_xMn_1.5-x/2(OH)₄步骤：

按物质的量比例Ni︰Cr︰Mn=(0.5-x/2)︰x︰(1.5-x/2)配制镍前驱体、铬前驱体、锰前驱体的混合物水溶液，向混合物水溶液中加入碱性pH值调节剂，将pH值控制在12.6~13，得到前驱体Ni_0.5-xCr_xMn_1.5-x/2(OH)₄，其中：x满足0.02≤x≤0.2；

2）混料步骤：

按物质的量比例Li︰Ni︰Cr︰Mn=(1.02～1.05)︰(0.5-x/2)︰x︰(1.5-x/2)将锂源和所述前驱体Ni_0.5-xCr_xMn_1.5-x/2(OH)₄混合得固体混合物，粉碎，得粉碎混合物；

3）三段式烧结步骤：