[发明专利]基于高效固相络合化学反应制备富锂锰基层状锂电池正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的制备方法，特别涉及一种富锂锰基层状正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种最有应用前景的二次电池，由于其优越的性能而备受青睐，是未来电动汽车和储能领域的首选电源。(参见Zhang S S,Read J A.A new direction for the performance improvement of rechargeable lithium/sulfur batteries[J].Journal of Power Sources,2012,200:77-82；Xu B,Qian D,Wang Z Y,Meng Y S.Recent progress in cathode materials research for advanced lithium ion batteries[J].Materials Science and Engineering R,2012,73:51-65.)。对于当前锂离子电池来说，电池的性能在很大程度上取决于正极材料的性能，因此对正极材料的研究显得尤为重要。第一代正极材料的代表是LiCoO₂，但是由于地球上Co资源匮乏，导致LiCoO₂价格昂贵；同时，LiCoO₂还存在明显的缺陷，如热稳定性和耐过充性能较差，实际比容量偏低等；此外，LiCoO₂在安全方面也存在隐患。这些缺点制约了LiCoO₂材料在动力电池、储能电池等大型锂离子电池领域的应用。

随着研究的日益成熟，近年来商业上也应用了其他正极材料，包括层状的三元材料，尖晶石结构的LiMn₂O₄和聚阴离子型的LiFePO₄等。目前商用锂离子电池正极材料的实际比容量基本小于200mAh/g之间，为了满足动力电池、储能电池等新兴产业发展的需要，下一代锂离子电池正极材料需要具备更高的比能量和比容量、更低的成本、更好的热稳定性，而具有上述优点的富锂锰基层状正极材料开始崭露头脚。

与传统正极材料相比，富锂锰基层状正极材料Li[Li_1-x-y-zNi_xCo_yMn_z]O₂成本更低、更环保，材料在2.0～4.8V电压区间内的比容量大于200mAh/g，这成为发展能量密度大于300Wh/kg锂离子电池的重要候选正极材料。富锂锰基层状正极材料也可以看成主要是由Li₂MnO₃与层状材料LiMO₂(M＝Co，Ni，Mn等)形成的固溶体，该正极材料中通常含有两种或两种以上过渡金属离子。

目前富锂层状正极材料的合成方法主要有溶胶-凝胶法、共沉淀法和喷雾干燥法等。