[发明专利]一种轻金属元素掺杂三元锂离子电池正极材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种轻金属元素掺杂三元锂离子电池正极材料及其合成方法。 

背景技术

随着石化能源的日益枯竭，能源问题日益成为人们关注的焦点。目前，寻找可替代的新能源以及可用于储能的新材料已经成为人们进行科学研究的重点之一。作为新能源的锂离子电池自问世以来就受到极大的关注，它以电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点被广泛应用于移动电话、数码相机和笔记本电脑等电子产品以及电动车及混合电动车等交通工具。目前，研究较多的含锂无机盐正极材料有4种：钴酸锂(LiCoO₂)；镍酸锂(LiNiO₂)；锰酸锂(LiMn₂O₄)；磷酸铁锂(LiFePO₄)。其中，已经成功商业化的正极材料有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂。LiCoO₂的原料成本较高，锰酸锂循环稳定性差及放电比容量小，难以满足锂离子动力电池的要求。而LiFePO₄存在理论和实际比容量小，以及导电性差等缺点，使其难以进行大规模商业应用。而三元LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料集结了钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂三种正极材料的优点，即高能量，高容量，高安全性等，充放电平台与钴酸锂相近，被认为是最有可能替代钴酸锂而商业化的正极材料之一。 

虽然由高温固相合成法和共沉淀法都能合成层状的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，但是由于层状LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料是粉体材料，其堆积密度与粉体的颗粒形貌、粒径及其分布密切相关；又由于制备方法以及合成条件对锂离子电池正极材料的结构、形貌和电化学性能都有重要的影响，因此，对于层状LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的研究不仅要在制备方法上创新，还要在表面修饰、形态控制等方面做深入的研究。层状LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的缺点主要是：Li(Ni-Co-Mn)O₂本身在填充性上存在问题。 

针对以上所述层状的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料存在的缺点，需要提供一种价格便宜，循环性能佳，低、高温性能较好，能量密度较高的掺杂三元锂离子电池正极材料。 

实验室内用于合成LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂正极材料的方法有水热法，溶胶-凝胶法，共沉淀法，喷雾干燥法、固相法等。 

发明内容

本发明的目的是针对LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料本身存在问题，及现有制备方法的不足，相应地提出以下解决方案： 

1、对LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料进行锂离子掺杂改性，减小了锂镍混排，使材 料容量进一步提高。 

2、提供一种锂掺杂三元锂离子电池正极材料的合成方法：采用改进的流变相法，在研磨过程中加入去离子水和/或乙醇，使研磨更加充分均匀。此外，在煅烧过程中加入柠檬酸、草酸、蔗糖、尿素等为助燃剂，促进燃烧更加完全，在较低的温度下即可得到晶型完整的层状材料。 

本发明的另一目的是提供锂掺杂三元锂离子电池正极材料的制备方法。 

按照本发明提供的技术方案，所述锂离子电池多元正极材料，特征是：所述正极材料的化学通式为Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)_1-xLi_xO₂，其中0<x≤0.20。 

特征是，采用以下工艺步骤：