[发明专利]一种锂离子电池正极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及制备方法，属于能源材料技术领域。

背景技术

锂离子电池具有电压高、无记忆效应、能量密度高及循环性能良好等特点，在便携式电器上得到了广泛的应用。锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，目前市场产品均为此种结构。尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，理论比容量为148mAh/g，由于具有三维隧道结构，锂离子可以可逆地从尖晶石晶格中脱嵌，不会引起结构的塌陷，因而具有优异的倍率性能和稳定性。

目前，传统认为锰酸锂能量密度低、循环性能差的缺点已经有了很大改观。表面修饰和掺杂能有效改性其电化学性能，表面修饰可有效地抑制锰的溶解和电解液分解。掺杂可有效抑制充放电过程中的Jahn-Teller效应。将表面修饰与掺杂结合无疑能进一步提高材料的电化学性能，相信会成为今后对尖晶石型锰酸锂进行改性研究的方向之一。

目前，有将尖晶石锰酸锂二次颗粒做成球形的，但是其一次颗粒是棱角分明的，这些棱角增加了比表面积，增加了电池正极材料与电解液的接触面积，加速了电池正极材料与电解液的反应，因而降低了电池正极材料的稳定性；而且这些棱角使电池正极材料颗粒的流动性差一些，影响加工性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池正极材料及制备方法，该锂离子电池正极材料是以单颗粒的形式存在，表面没有棱角接近球形，比表面积小，大大的改善了材料的加工性能以及结构稳定性。

本发明的技术方案是：

一种锂离子电池正极材料，主要是由锂离子电池正极材料前驱体和锂源制成，其特征在于还包含助熔剂，所述助熔剂为五氧化二铌或氢氧化铌。

所述锂离子电池的正极材料前驱体为电解二氧化锰、四氧化三锰或氢氧化锰中的任意一种。

所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂或草酸锂中的任意一种。

所述锂离子电池正极材料前驱体、锂源和助熔剂的用量按照Mn：Li：Nb=(1.74～1.995)：(1～1.1)：(0.005～0.01)的摩尔比计算。

该种锂离子电池正极材料还可包含掺杂源化合物，所述掺杂源化合物为铝、铬或镍的氧化物/氢氧化物中的任意一种，所述掺杂源化合物用量占体系总重量的0～3.0%。

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

按上述摩尔比称取原料备用；

（1）、将锰源、锂源和助熔剂于球磨机中球磨2～5小时，至球磨料平均粒径为2～12μm；

（2）、将所得球磨料放于匣钵中，于辊道窑中烧结，于空气气氛下以1～20℃/min的升温速度加热，至600～780℃保温6～12h，继续升温至800～1000℃保温6～12h，随炉冷却，得到结块烧结料；

（3）、待烧结料冷却后于粉碎机中粉碎，粉碎至中间粒径为5～20μm，混匀此烧结物质后在600～800℃下保温6～12h，得到单颗粒类球形锰酸锂目标产物。

上述步骤（1）中还可加入掺杂源化合物，所述掺杂源化合物为铝、铬或镍的氧化物/氢氧化物中的任意一种，所述掺杂源化合物用量占体系总重量的0～3.0%。

所述球磨机中采用锆球为球磨介质。

本发明的锂离子电池正极材料即为尖晶石锰酸锂材料。

本发明通过助熔剂助熔达到锂离子电池正极材料的表面修饰，其中助熔剂起到的作用是：有效地降低了尖晶石锰酸锂的熔点，在合适的温度下，做到颗粒表面熔化，去掉颗粒的棱角，将颗粒做成类球形。

本发明的有益效果是：

锂离子电池正极材料是以单颗粒的形式存在，表面没有棱角接近球形，因而材料的比表面积很小，会有以下优势：

（1）、原料易得，成本低；

（2）、工艺简单，没有引入复杂的工艺工程，因而制作成本低；

（3）、颗粒是单颗粒，表面光滑，比表面积很小；

（4）、流动性好，易于加工；

（5）、材料空隙率低，因而压实很高，可达3.5g/cm³；

（6）、做成电池后，材料与电解液的接触面积很小，减小了材料与电解液的接触面积，降低了材料与电解液的反应，因而增加了材料的稳定性，改善了材料的循环性能和高温性能。

附图说明