[发明专利]一种富锂正极材料、其制备方法及包含该正极材料的锂离子电池正极和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用正极材料，具体涉及一种富锂正极材料、其制备方法及包含该正极材料的锂离子电池正极和锂离子电池，属于锂离子电池正极材料制备的技术领域。

背景技术

锂离子电池正对人们的生活产生越来越深刻的影响，在现代社会中得到日益广泛地应用，不仅在移动电话、笔记本电脑等便携式电器中，在电动汽车领域也有着非常好的应用前景。人们对锂离子电池的要求也在不断提高，尤其是电动汽车迫切需要高安全性、高能量密度、高功率、大容量、长寿命、高环保、低成本的锂离子电池。

层状结构的富锂锰基固溶体材料Li₂MnO₃-LiMO₂(M＝Ni、Co、Mn)由于具有比容量高(大于200mAhg^-1)、热稳定性好，价格低廉而成为近年来研究的热点。富锂固溶体材料尽管拥有很高的比容量，但其实际应用仍存在着首次循环不可逆容量高(可达40～100mAhg^-1)、倍率性能差等问题。

近年来，为了提高富锂锰基材料的首次库伦效率和倍率放电性能，目前主要采用的技术为表面包覆，通过表面包覆抑制氧的释放、减少与电解液的副反应，同时增加表面的导电性，从而改善富锂材料库伦效率低、倍率性能差的问题。元素掺杂相关研究较少，有几个专利曾涉及到包括锆等元素在富锂固溶体中的掺杂，但都只笼统地提到Zr等元素可部分替代主元素，如美国专利US7358009、US20090220859A1、中国专利申请201080037951.6，但都并没有给出含锆样品的相关实施例，也没有相关性能数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富锂正极材料，该正极材料的的首次比容量大、库伦效率高及倍率性能好。

本发明的另一目的在于提供一种所述富锂正极材料的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一种包含所述富锂正极材料的锂离子电池正极和锂离子电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种富锂正极材料，该材料的化学式为Li_1+xNi_aCo_bMn_cA_dO₂，其中，A为Ti、Zr、Hf中的至少一种，x、a、b、c、d表示原子个数比，且x+a+b+c+d＝1，0.1＜x≤0.3，0.1＜a≤0.3，0.1＜b≤0.3，0.4＜c≤0.6，0.002＜d≤0.1。

本发明的富锂正极材料的微观结构为Li₂MnO₃和LiMO₂层状复合结构，其中，M为Ni、Co和Mn，以及Ti、Zr、Hf中的至少一种。

在本发明的富锂正极材料的化学式中，优选地，x＝0.17～0.2，a＝0.13～0.16，b＝0.13～0.16，c＝0.48～0.55，d＝0.002～0.04。

优选地，x＝0.17～0.19，a＝0.13～0.15，b＝0.13～0.155，c＝0.5～0.53，d＝0.002～0.04。

优选地，x＝0.17～0.19，a＝0.13～0.155，b＝0.13～0.155，c＝0.51～0.53，d＝0.005～0.03。

优选地，x＝0.2，a＝0.13，b＝0.13，c＝0.50～0.54，d＝0.002～0.04。

优选地，x＝0.2，a＝0.13，b＝0.13，c＝0.51～0.54，d＝0.005～0.03。

优选地，x＝0.2，a＝0.13，b＝0.13，c＝0.52～0.54，d＝0.008～0.02。

一种所述富锂正极材料的制备方法，至少包括以下步骤：

(1)按照所述富锂正极材料的化学式选择锂源、锰源、钴源、镍源、A源作为原料，并以相应的化学计量比称取原料混合；

(2)将步骤(1)获得的混合物，配以一定量的研磨介质，预磨分散；

(3)将步骤(2)预磨后的浆料转入砂磨机进一步超细磨1～8h，得到浆料；

(4)将经步骤(3)的浆料进行干燥处理；

(5)将步骤(4)所得的干燥粉末在500～1000℃空气气氛下进行焙烧，保温10～40h，随炉冷却至室温。

其中，所述的锂源为无水氢氧化锂、含结晶水的氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种。优选为碳酸锂。