[发明专利]一种表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料及其制备方法和应用。该材料的化学式为Li_1.2‑xMn_0.6Ni_0.2M_xO₂，M为Mg、Al、Zn、Y、Li或Ce，0x0.1。制备步骤是将过渡金属的前驱体加硝酸盐，在箱式炉或烘箱中进行100～400℃预处理，所得粉体和锂盐和熔融盐混合，在700～1000℃热处理，水洗干燥再在300～600℃条件下回烧制得。该表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料容量衰减较慢，并且倍率性能较佳。当电压窗口为2～4.8V，电流密度为200mA/g时，经过250次充放电之后，材料的容量保持率为90％。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有使用寿命长、比能量较大、充放电的效率比较高和安全性能较强等优点，在手机、手提电脑和摄像机等领域得到广泛应用。锂离子电池生产的核心技术是正极材料，富锂层状材料已经成为最有潜力的下一代锂离子电池候选正极材料。目前来说，富锂层状氧化物存在的主要问题之一就是循环稳定性差，寿命短，因此严重阻碍了其商业化的应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料的制备方法。该方法主要是对商业化的Mn_0.75Ni_0.25CO₃或Mn_0.75Ni_0.25(OH)₂前驱体进行简单的硝酸盐预处理，在前驱体表面均匀包覆氧化物，随后利用熔融盐法高温煅烧，在材料表面进行元素的微量、均匀掺杂。该处理方法成功地对富锂层状氧化物材料表面进行修饰改性，使得材料结构更加稳定，保持电池在长循环过程中的稳定性；同时，表面包覆的氧化物避免了材料活性物质的裸露，减少与电解液发生副反应而造成的结构破坏与抑制电化学阻值的增加。该制备方法克服了富锂层状氧化物材料容量衰减快、循环稳定性差的缺点，并且处理过程具有工艺简单，易于控制、重复性好等优点，具有较大的商业化前景。

本发明的再一目的在于提供一种上述表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料，该正极材料的化学式为Li_1.2-xMn_0.6Ni_0.2M_xO₂，M为Mg、Al、Zn、Y、Li或Ce，0x0.1。

上述的一种表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料的制备方法，包括以下操作步骤：

将过渡金属的碳酸盐前驱体与硝酸盐混合，在箱式炉或烘箱中进行100～400℃预处理；反应结束后水洗除去杂质，进行干燥；将干燥所得前驱体A与锂盐以及熔融盐混匀，在700～1000℃进行热处理，反应结束后随炉冷却；将所得样品水洗除去杂质，烘干后得粉体；将粉体在300～600℃条件下回烧，结束后即制得表层梯度掺杂富锂层状氧化物正极材料。

优选的，所述过渡金属的碳酸盐前驱体为Mn_0.75Ni_0.25CO₃；所述硝酸盐为M(NO₃)_y，M为Mg、Al、Zn、Y、Li或Ce。

优选的，所述锂盐为乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种以上。

优选的，所述熔融盐为氯化钠和氯化钾。