[发明专利]锂离子电池正极材料、其制备方法及锂离子电池

权利要求书

1.一种锂离子电池正极材料，具有式(I)所示的原子比组成：

Li_a(M_xMn_2-x)(O_4-yZ_y)；

(I)；

其中，0.8≤a≤1.2，0≤x≤1，0≤y≤1；

M为Li、Na、K、Ca、Mg、Al、Ti、Sc、Ge、V、Cr、Zr、Co、Ni、Zn、Cu、La、Ce、Mn、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Ru、Ag、Sn、Pb和Si中的一种或多种；

Z为OH、卤素、N、P、S和O中的一种或多种；

所述正极材料的一次粒子具有类球形形貌，其(111)面和相邻等价晶面通过没有明确棱的曲面相连接。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料的一次粒子的粒径为1μm～20μm。

3.一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将含锰化合物与溶剂混合，得到含锰化合物溶液；

b)向所述步骤a)得到的含锰化合物溶液中加入沉淀剂，得到沉淀物，所述沉淀剂为碱金属的氢氧化物溶液、碱金属的碳酸盐溶液或碱金属的碳酸氢盐溶液；

c)将所述步骤b)得到的沉淀物焙烧，得到正极材料前驱体；

d)将所述步骤c)得到的正极材料前驱体、MnS和含锂化合物混合后焙烧，研磨后得到固体粉末；

e)将所述步骤d)得到的固体粉末进行退火处理，得到锂离子电池正极材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体包括：

将含锰化合物与置换剂在溶剂中混合，得到含锰化合物溶液，所述置换剂为含Li化合物、含Na化合物、含K化合物、含Ca化合物、含Mg化合物、含Al化合物、含Ti化合物、含Sc化合物、含Ge化合物、含V化合物、含Cr化合物、含Zr化合物、含Co化合物、含Ni化合物、含Zn化合物、含Cu化合物、含La化合物、含Ce化合物、含Mn化合物、含Hf化合物、含Nb化合物、含Ta化合物、含Mo化合物、含W化合物、含Ru化合物、含Ag化合物、含Sn化合物、含Pb化合物和含Si化合物中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含锰化合物为硫酸锰、碳酸锰、硝酸锰、氯化锰和草酸锰中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、甲醇、乙醇或丙酮。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)具体为：

向所述步骤a)得到的含锰化合物溶液中加入沉淀剂，调节pH值至6～13，得到沉淀物。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述含锂化合物为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、草酸锂、氯化锂和氟化锂中的一种或多种。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述MnS与所述含锂化合物中锂元素的摩尔比为(0.001～0.1)∶(0.8～1.2)。

10.根据权利要求3～9任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中，所述焙烧的温度为300℃～800℃，所述焙烧的时间为1h～10h。

11.根据权利要求3～9任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述焙烧的温度为750℃～1200℃，所述焙烧的时间为1h～48h。

12.根据权利要求3～9任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤e)中，所述退火的温度为400℃～800℃，所述退火的时间为1h～12h。

13.一种锂离子电池，包括正极、负极和置于所述正极和负极之间的电解质，其特征在于，所述正极包括权利要求1或2所述的正极材料或通过权利要求3～12任意一项所述的方法制备得到的正极材料。