[发明专利]阴离子F掺杂改性富锂层状正极材料及制备方法

说明书

本发明提供一种阴离子F掺杂改性富锂层状正极材料及制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述合成方法包括以下步骤：将锂盐、金属的乙酸盐以及非金属盐按照摩尔比称量后，加入去离子水，球磨混合均匀直至整个反应体系形成流变相，然后烘干，再经过预烧结得到前驱体，最后高温煅烧研磨后得到富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.1Mn0.5Co0.2]O2‑xFx(0≤x≤0.1)为改性层状富锂正极材料。本发明所述法制备出的正极材料颗粒细小而均匀，结晶性能好，因而具有较高的放电比容量和良好的倍率性能；循环性能和首次库伦效率得到改善，因而具有重大的工业化意义。

技术领域

本发明涉及一种阴离子F掺杂改性层状富锂正极材料及制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着经济的发展和化石燃料的紧缺，对能源的需求将有可能出现激增，并将受到全世界的关注，锂离子电池因其具有能量密度高、使用寿命长、绿色环保等优点越来越受到人们的重视。LiCoO2作为最先出现和最成功的商业化电池材料在商业市场中仍然占据非常重要的位置，但如今LiCoO2已经不能满足人们日益增长的需求。反复充放电会造成LiCoO2发生从三方晶系到斜方晶系的转变，导致颗粒之间的松动和脱落从而降低容量，因此LiCoO2的理论容量虽可达274mAh·g-1，但实际容量却只能达到理论容量的50％-60％。另外，Co原料的价格一直走高，生产成本增加，Co还具有一定的毒性对环境和人体都有损害。因此，需要一种比容量高且安全性能好的材料来替代LiCoO2。

富锂层状电池材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，与传统的正极材料LiCoO2﹑锰酸锂和磷酸铁锂相比，该正极材料主要是Li2MnO3和LiMO2(M＝Ni﹑CO、Mn等)形成的固溶体，具有更高的比容量(200mAh·g-1～300mAh·g-1)和更好的循环性能。还因锂比例的增大，减少了过度金属元素的比例，降低了成本。由于这些原因，它被认为是最有前途的正极材料之一。

虽然富锂正极材料具有上述优点，但是，其倍率性能和首次库伦效率还是比较低，是制约其发展的瓶颈。为解决上述问题，通常采用掺杂、包覆以及酸处理的形式来改善正极材料性能，并争取能够在保证容量的基础上，解决它倍率性能和首次库伦效率，从而获得大规模的应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有富锂层状正极材料首次库伦效率低、倍率性能差的问题，提出一种阴离子F掺杂改性富锂层状正极材料及其合成方法，该正极材料颗粒均匀，表面光滑，结晶度高，容量高，循环性能好，倍率性能和首次库伦效率得到改善，并具有较好的高温性能。

本发明提供的掺杂改性富锂层状正极材料的特征是：所述正极材料的化学通式为Li[Li0.2Ni0.1Mn0.5Co0.2]O2-xFx；其中0≤x≤0.1。