[发明专利]一种高倍率性能富锂锰基锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用正极材料，具体涉及一种高倍率性能富锂锰基锂 离子电池正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

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200mAh/g)、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40-100mAh/g)、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，如专利文献 US7358009、US20090220859A1、CN102484249A，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

基于此，本发明的目的在于提供一种富锂锰基锂离子电池正极材料，该正 极材料具有高的首次比容量、库伦效率及倍率性能。

本发明的另一目的在于提供一种所述富锂锰基锂离子电池正极材料的制备 方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高倍率性能富锂锰基锂离子电池正极材料，该材料的化学式为： Li[Li_xNi_aCo_bMn_cA_d]O₂，其中：A为Zr、Na、K中的至少两种，且必须含有Zr； x、a、b、c、d表示原子比，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。

该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、Mn和A。

优选地，该材料的化学式中0.1＜x≤0.2，0.2＜b≤0.3，0.1＜b≤0.2，0.4＜c≤ 0.55，0.002＜d≤0.05。

优选地，该材料的化学式中0.1＜x≤0.2，0.2≤a≤0.3，0.1≤b≤0.2，0.5≤c ≤0.6，0.002＜d≤0.05。

所述锂离子电池正极材料的制备方法，至少包含以下5个步骤：

(1)分别以碳酸锂、碳酸锰、四氧化三钴、氧化亚镍、A的氧化物或碳酸 盐为原料，按照化学式Li[Li_xNi_aCo_bMn_cA_d]O₂的计量比称取相应原料；

(2)将步骤(1)的原料混合，配以一定量的去离子水，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)得到的浆料进行喷雾干燥处理；

(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，所述步骤(3)超细磨后浆料中颗粒的中值粒径D₅₀小于0.5μm，优 选的中值粒径D₅₀小于0.3μm，更优选的中值粒径D₅₀小于0.2μm。

所述步骤(5)中焙烧的温度优选为700-900℃。