[发明专利]一种正极材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料，尤其涉及一种锂电池的正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

全球能源危机和日益严重的环境污染，使得有必要发展以清洁能源为主的 新型交通工具。新型锂离子电池属于清洁能源领域，具有安全性好，循环性好， 寿命长，无毒无污染等优点。

锂离子电池通常包括阳极，阴极，隔板和电解质。当代的锂离子电池一般 具有碳负极(或阳极)和过渡金属氧化物正极(或阴极)。阴极和阳极一般是 层状结构以容纳锂离子，在充电和放电过程中，锂离子在阴极和阳极之间传送。

正极材料作为锂离子电池的重要部件，是决定电池安全、容量和价格的关 键因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中，正极材料的成本大约占整个 电池成本的20～40％，正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降 低，对锂离子动力电池尤其如此。另外，动力型电池在大电流放电、比能量、 安全性和价格等方面的特殊要求，更加突出了正极材料的重要性。而目前所研 究以及正在尝试应用的锂离子电池正极材料都还没有完全达到要求，极大的制 约了锂离子动力电池的发展。

第一代锂离子电池的正极是钴酸锂(LiCoO₂)，这是一种层状化合物，氧 原子以密堆积形式构成，这种结构形成与氧原子数量相当的八面体空隙。在钴 酸锂里，一层钴和一层锂交替填入这些八面体空隙。当一半锂从钴酸锂被移去 时(电压高于4.3V)，层状化合物会变得不稳定。由于钴金属的价格昂贵， 钴酸锂的价格也较高。为了改进其性能和降低成本，镍和锰原子被用来代替 钴，所得到的产物仍然保持层状物结构。一般这些化合物被称作三元材料 (NCM)(美国专利US6964828)。

最初的三元材料是LiNi_0.333Co_0.333Mn_0.333O₂。为了增加电容量，三元材料结 构和成分的改进分两个方向。一是提高镍含量，如LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2，另外一个 是提高锂和锰的相对含量，如在阿贡国家实验室(ArgonneNantionalLab)[美 国专利US6680143]提出的富锂高锰材料。这种材料由于锂过量，在纳米层级 形成两种结构的混合体。这种材料具有“一般式XLiM'O₂-(1-x)Li₂MnO₃， 其中0<X<1，且其中M是一种或多种离子，平均三价氧化态和具有至少一个离 子存在的Mn或Ni，且其中M'是一种或多种离子，平均四价氧化态。“。

富锂高锰材料的性能和其成分有关，尤其是和Li₂MnO₃的含量有关。高 Li₂MnO₃含量的材料以其高可逆容量，一度被寄以未来高比容量电池正极材料 的厚望，但其商业化一直迟迟未能实现。

因此本领域迫切需要提供一种低廉有效的富锂高锰材料。

发明内容

本发明旨在提供一种新的富锂高锰正极材料。

在本发明的第一方面，提供了一种锂电池正极材料，所述正极材料含钨。

在另一优选例中，所述正极材料是含钨富锂锰基正极材料。

在另一优选例中，所述正极材料是Li₁₊Ni_aCo_bMn_cW_eO₂，其中

δ范围在0到0.2；

a范围在0.05到0.3；

b范围在0.05到0.3；

c范围在0.33到0.6；

e范围在0.001到0.10。

更佳地，

δ范围在0到0.12；

a范围在0.05到0.3；

b范围在0.05到0.3；

c范围在0.33到0.6；

e范围在0.005到0.03。

在另一优选例中，用上述本发明提供的正极材料形成的锂电池在25℃， 2.0-4.6V，1/10C的条件下进行充放电测试，放电容量为大于205mAh。

在本发明的第二方面，提供了一种如上所述的本发明提供的正极材料的制备 方法，所述方法包括步骤：