[发明专利]锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，特别是一种具有锂快离子导体相修饰的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

电动汽车、动力电池的发展对锂离子电池正极材料提出了更高的要求：如高能量密度、高安全性、好的倍率性能、较宽的温度使用范围等。目前常用的正极材料，如钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、三元系(LiMn_1/3Co_1/3Ni_1/3O₂)、磷酸铁锂(LiFePO₄)等都不能完全满足动力电池的需求。钴酸锂材料的比容量相对较高，循环和低温性能好，但价格高，且安全性不好；锰酸锂材料成本低，倍率性能好，但是其高温循环与储存性能差，而且能量密度偏低；三元材料能量密度高，价格相对较低，但同样也存在安全隐患；磷酸铁锂材料安全性能好，但能量密度较低，而且低温性能较差。

近年来，以Li₂MnO₃为稳定相的复合层状正极材料xLi₂MnO₃?(1-x)LiMO₂（其中M=Mn、Ni、Co等）的研究较多，该材料具有结构稳定、比容量较高，而且锰资源丰富，价格低廉且环境友好的优点。但在实际的应用中，由于其电导率较低，导致材料的循环寿命差，容量衰减快，倍率性能不好，无法在电池，特别是动力电池中使用。因此，迫切需要寻找一种改性复合层状xLi₂MnO₃?(1-x)LiMO₂化合物的新方法，使其具有较高的放电比容量和充放电效率、较好的循环性能、倍率充放电性能以及温度适配性，以满足动力电池的性能要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种比容量高，倍率性能好，循环稳定，温度适配性强的新型锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料。

本发明解决的另一个技术问题是提供了一种操作简单、易于控制的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料的制备方法。

本发明的技术方案为：一种锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于：该锂离子电池正极材料是由稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi₂MO₃?(1-x)LiN_1-yR_yO₂和锂快离子导体形成的复合材料，稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi₂MO₃?(1-x)LiN_1-yR_yO₂中M = Mn（锰）、Ti（钛）或Sn（锡），N=Mn（锰）、Ni（镍）、Co（钴）、Fe（铁）、Cr（铬）、V（钒）或Mo（钼），R = Sc（钪）、Y（钇）、Pr（镨）、Nd（钕）、La（镧）、Ce（铈）、Sm（钐）、Yb（镱）、Eu（铕）、Gd（钆）中的一种或多种，其中0＜x＜1，0＜y＜0.2，锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi₂MO₃?(1-x)LiN_1-yR_yO₂的复合方式可以是锂快离子导体包覆在稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi₂MO₃?(1-x)LiN_1-yR_yO₂的表面，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi₂MO₃?(1-x)LiN_1-yR_yO₂形成的固溶体，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi₂MO₃?(1-x)LiN_1-yR_yO₂的物理混合，或者是上述三种复合方式中任意几种的联合使用，其中锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi₂MO₃?(1-x)LiN_1-yR_yO₂的摩尔比为 n：1，n的范围为：0<n≤0.15。