[发明专利]一种富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种富锂正极材料及其制备方法。

背景技术

化石燃料的使用引起的环境问题日益加剧，现在各国政府和汽车制造商都在致力于研发新型电动汽车和混合动力车，而锂离子电池是目前很有发展前景的一种移动电源。锂离子电池的容量和循环性能的提高是各国研究人员们迫切希望解决的问题，主要就是寻找新的具有更高容量的正负电极材料。如果正极材料的容量提高一倍，电池总的容量和能量都可以大大地提高。因而要改进锂离子电池的性能，提高其实际容量和能量，新型正极材料的研究迫在眉睫。

富锂正极材料具有特殊的结构和充放电机理，使其在充放电过程中表现出了超高的比容量(实际放电比容量可达280mAhg^-1以上)。该材料的合成方法主要有Sol-Gel法、固相法和传统共沉淀法三种。其中，Sol-Gel法合成富锂正极材料时，所用原料大部分为有机金属盐，价格较贵，不利于节约成本。固相法所制备的富锂材料，所需温度较高，且产物形貌不容易控制，不利于通过合成来控制产物电化学性能。传统共沉淀法是利用OH-或CO₃^2-或C₂O₄^2-水溶液与过渡金属离子水溶液形成沉淀的原理，将几种不同的过渡金属离子按照设计的计量比与OH-或CO₃^2-或C₂O₄^2-结合形成共沉淀，然后与一定量的锂盐混合进行煅烧从而制备出所需的材料。该方法具有材料形貌可控，尺寸均一等优点。但是，该共沉淀法在制备产物时，步骤繁琐，合成周期长，存在沉淀物杂质含量和配比难以精确控制、以及共沉淀前驱体与锂源配比难以精确控制等缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种材料形貌可控，尺寸均一的亚微米级富锂正极材料。

本发明的目的之二是提供一种所述富锂正极材料的制备方法，该方法工艺简单、合成周期短，适合批量化工业生产。

本发明的目的之三是提供由所述富锂正极材料的制备而得的正极。

本发明的目的之四是提供由所述富锂正极材料的制备而得的电池。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种富锂正极材料，分子式为：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中M为Co、Mn、Ni、Ni_1/2Mn_1/2或Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3。

制备所述富锂正极材料的方法，具体步骤如下：

步骤A.金属盐溶液的配制：先按照所述xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的化学计量比称取可溶性Ni盐、Co盐、Mn盐和Li盐，然后将这些可溶性盐分别溶于有机醇类溶液中，分别配制成金属Ni盐溶液、金属Co盐溶液、金属Mn盐溶液和金属Li盐溶液，所述金属Ni盐、Co盐、Mn盐和Li盐溶液的浓度为0.01～5mol·L^-1；也可以将Ni盐、Co盐、Mn盐与Li盐先按照化学计量比混合，然后一起溶于有机醇类溶液中，配置成混合金属溶液。所述的有机醇类为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙烯醇、乙二醇中的一种或多种。

步骤B.沉淀剂溶液的配制：将草酸溶于有机醇溶液中，配制成草酸根溶液，所述草酸根溶液浓度为0.01～5mol·L^-1；

步骤C.共沉淀溶液的制备：搅拌状态下，将金属盐溶液和草酸溶液进行混合，制得共沉淀溶液；可按照“正加”、“反加”和“并加”三种方式进行，形成共沉淀溶液；其中“正加”方式为：将金属盐溶液放入反应容器内，再加入草酸根溶液；“反加”方式为：将草酸根溶液置于反应容器内，再加入金属盐溶液；“并加”方式为：将草酸根溶液和金属盐溶液同时滴入反应容器内。其中金属盐溶液与草酸根之间的量比，可根据所需制备产物的分子式计算得出。

步骤D.沉淀前驱体的制备：将共沉淀溶液陈化2～48h，通过过滤或离心分离后烘干，在70～130℃烘箱中烘干后即可得沉淀前驱体。

步骤E.将沉淀前驱体于800～1000℃下进行烧结，然后保温6～20小时，冷却后得到所述富锂正极材料。