[发明专利]一种双掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种双掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述正极材料的化学式为Li₂Mn_0.75M_0.25O₂F，其中M为+6价金属，Mn为+2价。所述制备方法包括以下步骤：在保护气氛下，对锂源、锰源、M金属源和氟源进行研磨，得到所述锂离子电池正极材料；其中，锰源中锰的化合价为+2价，M金属源中M金属的化合价为+6价。本发明提供的锂离子电池正极材料为双掺杂锂离子电池正极材料，同时引入高价阳离子和阴离子，降低材料中Mn的价态，降低氧的反应活性，从而提高材料的稳定性，并且具有电压高、可逆比容量高的优点。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及锂离子电池正极材料，具体涉及一种双掺杂锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池产业已经进入快速发展阶段。影响锂离子电池性能的关键材料主要有正极材料、负极材料、电解液等。其中，正极材料是目前限制电池性能的主要因素，同时也是占锂离子电池成本较高的主要因素，接近40％。

锂离子电池实现规模化应用，需同时满足低成本、安全、不受自然资源限制、高能量密度等一系列要求。目前，大部分正极材料依赖于镍、钴两种元素，如钴酸锂、镍酸锂、三元正极等。而镍、钴元素属于资源短缺型元素，同时伴随着一些安全问题，难以满足全球领域的大规模应用。基于锰基的正极材料，由于具有低成本、资源丰富等优点，吸引了广泛关注。然而它存在着能量密度较低、电极稳定性差的问题。

CN103066272A公开了一种Ni²⁺，Mn⁴⁺，Si⁴⁺，Zn²⁺，F^-掺杂表面改性的富锂正极材料及制备方法。其产品为一种Ni²⁺，Mn⁴⁺，Si⁴⁺，Zn²⁺，F^-掺杂的Nasicon固体电解质LiTi₂(PO₄)₃表面改性的层-层复合富锂正极材料，其表面改性层的化学计量式为Li_1+2x+m+z-yZn_x(Mn_0.5Ni_0.5)_mSi_zTi_2-x-mP_3-zO_12-yF_y，其中：x＝0.1-0.5；y＝0.1-0.2；m＝0.1-0.3；z＝0.1-0.3；层-层复合富锂正极材料的化学计量式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.5Ni_0.5O₂(0≤x≤0.5)；表面改性层的物质的量为正极材料量的1％-10％。

CN201410840811.2公开了一种阴离子F^-、Cl^-、Br^-掺杂改性富锂层状正极材料的合成。该方法包括如下步骤：将锂盐、金属的硝酸盐以及非金属盐按照摩尔比称量之后，溶入去离子水中，加入柠檬酸，用浓氨水调节pH值为7～8，然后，加热搅拌反应制得湿凝胶，烘干，得到干凝胶，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[Li_0.2Ni_0.15Mn_0.55Co_0.1]O_2-xM_x(M＝F、Cl、Br)(其中0≤x<0.1)为改性层状富锂正极材料。