[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池与传统的充电电池相比，具有平均放电电压较高、放电时间长、质量轻等优点。围绕着锂离子电池的组成，当前研究重点主要集中在正极材料、负极材料和电解质等方面。目前负极材料的比容量现已达到正极材料的两倍，实际比容量低的正极材料制约了锂离子电池的发展。因此研究锂离子电池正极材料，对于降低电池的成本、加速电池的更新换代等关键问题有重要意义。

目前国内外锂离子二次正极材料的研究主要围绕三方面展开：(1)LiCoO₂及其衍生物正极材料的研究；(2)LiNiO₂及其衍生物正极材料的研究；(3)锰系正极材料的研究。其中LiCoO₂是最早投入商业使用的锂离子电池的正极材料，但由于价格昂贵，有毒且污染环境等缺点限制其发展。锂镍氧化物正极材料因为合成困难及过充安全问题也限制其发展。锰系正极材料中锂锰尖晶石虽然资源丰富，价格低廉，但是循环性能尚不能令人满意。

尖晶石型LiMn₂O₄理论充放电容量148mAh/g，层状锂锰氧化物LiMnO₂理论充放电容量可以达到285mAh/g，但LiMnO₂属于热力学亚稳态，起骨架支撑作用的Mn³⁺极不稳定。首先，在Li⁺嵌入与脱出过程中易发生Mn³⁺向更稳定的高价态变化，致使晶体结构发生变化，向热力学稳定相，即尖晶石相转变。此外，由于高自旋Mn³⁺引起的Jahn-Teller畸变，使得氧的空间排列发生变化，难以形成理想的立方密堆积，从而影响了其结构及电化学的稳定性，使得电池容量迅速衰减。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种锂离子电池正极材料，具有稳定的结构，充放电循环中电化学容量不易衰减。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种锂离子电池正极材料，化学式为LiMn_xAl_1-xO₂，0.7≤x＜1。

一种以上所述的锂离子电池正极材料的制备方法，包括：

将三氧化二锰溶于氢氧化锂水溶液中，再向其中加入三氧化二铝得到混合物，所述锂锰摩尔比为10∶1～20∶1；将所述混合物在110℃～200℃下进行水热反应，生成LiMn_xAl_1-xO₂，0.7≤x＜1。

作为优选，加入的所述三氧化二锰与三氧化二铝的摩尔比根据所述0.7≤x＜1进行计算。

作为优选，所述水热反应的温度为130℃～170℃。

作为优选，所述水热反应的时间为36h～48h。

一种锂离子电池正极，包括本发明以上提供的锂离子电池正极材料。

一种锂离子电池，包括本发明以上提供的锂离子电池正极。

本发明提供一种锂离子电池正极材料LiMn_xAl_1-xO₂，0.7≤x＜1及其制备方法，将离子半径比Mn³⁺小的Al³⁺引入到层状LiMnO₂中，结构稳定的AlO₆八面体替代因Jahn-Teller畸变效应而扭曲的MnO₆八面体层后降低了八面体层的扭曲应力，从而抑制Mn³⁺的Jahn-Teller效应。并且引入Al³⁺后还能防止在电化学循环过程中，Mn³⁺向内层迁移，因此能起到稳定层状LiMnO₂结构的作用。此外，LiMn_xAl_1-xO₂相对层状LiMnO₂而言，能够有效降低材料面积阻抗率，同时还能提高Li⁺的插入电势和能量密度，从而在一定程度上优化材料的电化学性能。该制备方法操作简便、成本低廉，可用于批量生产。

附图说明

图1为LiMnO₂与本发明实施例1-4制备的样品的XRD图；

图2为LiMnO₂与本发明实施例1-3制备的样品的SEM图；