一种快离子导体镶嵌型锂离子电池正极材料的原位合成方法

摘要

本发明公开了一种快离子导体镶嵌型锂离子电池正极材料的原位合成方法，将镍盐、钴盐、M盐（M为Mn或Al中的一种）和表面活性剂加入溶剂中，采用喷雾干燥法制得前驱体粉末。将前驱体预烧结，得到球形多孔的镍钴M基前驱体。采用溶胶凝胶-热处理法，选择合适的锂盐、有机螯合剂、溶剂与快离子导体原料混合，得到溶胶，再将球形多孔前驱体分散于中，直至溶剂蒸发形成凝胶，经热处理合成快离子导体镶嵌的复合正极材料。本发明摒弃了传统工艺中先制备正极材料再进行表面修饰的思路，实现了镶嵌型复合材料的原位生长。该镶嵌型复合材料表层为均匀包覆的快离子导体薄层，内核为快离子导体掺杂的正极材料，具有电化学性能优异、安全性及储存性能好等优点。

主权项

一种快离子导体镶嵌型锂离子电池正极材料的原位合成方法，该材料表层为Li2MnO3相，内核为Li2MnO3掺杂的层状LiNiaCobM1‑a‑bO2相，其中0＜a+b≤1，0＜a＜1，0＜b＜1，M选自Mn或Al，其化学式为x(Li2MnO3)·(1‑x)LiNiaCobM1‑a‑bO2，其中0.01≤x≤0.4，其充放电区间为2.7～4.5V，其特征在于，该材料的原位合成方法包括以下步骤：1)、球形多孔镍钴M基前驱体的制备：按所述的LiNiaCobM1‑a‑bO2中Ni、Co、M的化学计量比加入镍盐、钴盐、M盐，再加入表面活性剂，配成阳离子浓度0.1～2mol/L的混合水溶液；将溶液喷雾干燥后收集前驱体粉末，粉末粒径大小范围1～20μm；将前驱体置于150～400℃下煅烧0.5～6h，冷却即得到球形多孔镍钴M基前驱体；2)、Li2MnO3镶嵌LiNiaCobM1‑a‑bO2复合正极材料的制备：按所述的x(Li2MnO3)·(1‑x)LiNiaCobM1‑a‑bO2中锂摩尔量的1～1.1倍计算加入锂盐；按x(Li2MnO3)中锰的摩尔量计算加入锰盐；再加入有机螯合剂；将它们溶于溶剂在40～90℃下搅拌形成溶胶；按照化学计量比将步骤1）中得到的球形多孔镍钴M基前驱体分散于溶胶中，控制体系pH值为4～11，溶胶在前驱体表面凝聚并不断渗入其内部的孔隙，直至溶剂蒸发形成凝胶；将凝胶干燥后在600～1000℃下氧气或空气气氛中煅烧12～24h，冷却后即得快离子导体镶嵌型锂离子电池正极材料。