[发明专利]一种锂离子电池及其正极材料

权利要求书

1.一种锂离子电池正极材料，该正极材料具有核壳结构，该核壳结构由核层材料和壳层材料构成，核层材料为钴酸锂、三元材料、富锂锰基材料的至少一种，其特征在于，所述的壳层材料为尖晶石镍锰酸锂，其厚度为0.01～2μm，壳层材料占被壳层材料包覆的核层材料的质量百分数为0.1～10％。

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：所述的钴酸锂的通式为Li_1+xCo_1-yA_yO₂，其中0≤x＜0.1，0≤y＜0.1，A为Mn、Al、Mg、Ti、Zr、Ca、Fe的至少一种元素。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述的三元材料的通式为Li_1+nNi_xCo_yM_1-x-yO₂，其中M为Mn、Al、Mg、Ti、Zr、Ca、Fe或稀土元素的至少一种，且0≤n＜0.1，0.3≤x＜1，0.1≤y＜1，0＜x+y＜1。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述的富锂锰基材料的通式为nLi₂MnO₃·(1-n)LiMO₂，其中0＜n＜1，LiMnO₂为LiCo_xNi_yMn_zO₂，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1且x+y+z＝1。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述的核层材料进一步包括钴酸锂与三元材料的混合物。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述的壳层材料尖晶石镍锰酸锂，其通式为Li_1+mNi_0.5-xMn_1.5-yA_zO_4-nB_n，其中A为Cr、Fe、Co、Cu、Al、Mg、Ti、Zr的至少一种，B为F、Cl、S至少一种，0≤m＜0.1，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，0≤z≤0.1，x+y+z＝1，0≤n＜0.1。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述的壳层材料的厚度为0.01～2μm。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于：所述的壳层材料占被壳层材料包覆的核层材料的质量百分数为0.1～10％。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，其制备步骤如下：

(1)将可溶性锂盐、镍盐、锰盐、无机盐溶解于溶剂中，形成混合溶液；

(2)将螯合剂在溶于溶剂中形成溶液；

(3)将(1)中混合溶液加入(2)中形成新混合液，并调节pH值至4～8，在30～100℃下加热形成溶胶状的壳层材料；

(4)将核层材料投入上述溶胶中，搅拌混合，使壳层材料均匀包覆在核层材料的表面；

(5)将上述被壳层材料包覆的核层材料烘干，焙烧，形成核壳结构的锂离子电池正极材料；

其中所述步骤(1)中，所述的可溶性锂盐为醋酸锂、硝酸锂；可溶性镍盐为醋酸镍、硝酸镍；可溶性锰盐为醋酸锰、硝酸锰；无机盐为可溶性的铬盐、镁盐、铁盐、钴盐、铝盐、钛盐、氟化物、氯化物或硫化物；

其中所述步骤(1)中，所述溶剂为水、乙醇或异丙醇，其中乙醇为优选；

其中所述步骤(2)中，所述的螯合剂为柠檬酸或酒石酸；

其中所述步骤(2)中，所述溶剂为水、乙醇或异丙醇；

其中所述步骤(3)中，所述的pH值为4～8，螯合作用才能发挥最优的效果；

其中所述步骤(5)中，所述的焙烧的气氛为空气、氧气，考虑到壳层材料在氧气中煅烧会生成更少的Mn³⁺，因而优选氧气气氛焙烧；

其中所述步骤(5)中，所述的焙烧条件为：先在700～1000℃温度下煅烧2～20h，然后在600～650℃退火煅烧2～20h，考虑到600～650℃烧结会降低Mn³⁺含量，因而优选退火烧结时间4h以上。

10.一种锂离子电池，其包括：正极片、负极片、间隔于正负极片之间的隔离膜，以及电解液，其特征在于：所述的正极片由权利要求1～9所述的核壳结构的锂离子电池正极材料与导电碳粉、粘结剂均匀混合制成，并且锂离子电池充电终止电压为4.3～4.7V (vs.Li)。