[发明专利]一种锂离子电池正极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明主要涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为电化学能源的一种，具有电压高、重量轻、比能量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应和环境污染少等优点。随着电子终端产品功能的不断扩展，对锂离子电池的要求也越来越高，其中，正极材料是影响锂离子电池性能的关键因素。

以磷酸铁锂为代表的聚阴离子磷酸盐类正极材料具有结构稳定、安全性能优异、环境友好等优点而在动力电池和储能领域受到广泛关注。但是，磷酸铁锂相对金属锂的电压平台仅为3.4V，其严重限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。而磷酸锰锂材料相对金属锂的电压平台为4.1V，比磷酸铁锂材料的电压高出0.7V，并且此电压符合现有的商业化电解液体系的稳定电压窗口。由于这两种材料的理论容量相当，因此在同样容量发挥条件下，以磷酸锰锂为正极材料的锂离子电池的能量密度将比磷酸铁锂电池提高20％以上，且由于磷酸锰锂材料的成本较低，因而磷酸锰锂正极材料在动力电池和储能电池领域有很好的发展前景。但是，磷酸锰锂材料的电子电导率和锂离子扩散速率比磷酸铁锂材料低，从而导致其电化学性能较差，无法满足实际应用需要。

目前，现有技术公开了多种提高磷酸锰锂正极材料电化学性能的方法，如通过包覆导电网络或者使材料颗粒纳米化来提高材料的电子电导率和缩短锂离子扩散路径等。张宝等人利用炭黑的导电性来改善磷酸锰锂的电导率，其将10%的炭黑与碳酸锂，碳酸锰和磷酸二氢铵混合球磨来制备磷酸锰锂材料，经电化学测试得该材料0.1C的放电容量为95mAh/g（中南大学学报(自然科学版),2005,36（6）:960-964），但该材料放电能力依然比较一般。研究人员也公开了控制焙烧温度来限制磷酸锰锂颗粒的长大，从而改善材料的电化学性能的方法（Journal of Power Sources 174(2007)949–953）。但是，降低焙烧温度会影响材料晶型的生长，导致材料的晶体结构不稳定以及存在杂质峰，从而影响材料的循环性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，本发明提供的锂离子电池正极材料可以提高锂离子电池的放电容量和循环性能。

本发明提供了一种锂离子电池正极材料，包括具有通式(I)表示的原子比组成的化合物和碳：

LiMn_1-xM_xPO₄·yLiTi₂(PO₄)₃

(I)；

其中，M为Ti、Co、Fe、Mg、Al、Cr、Nb中的一种或几种；0≤x≤0.2，0＜y≤0.2。

优选的，所述碳占所述具有通式(I)表示的原子比组成的化合物的10wt%~30wt%。

本发明提供了一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A）将含锂化合物、含锰化合物、含M化合物、含钛化合物、含磷化合物和含碳化合物混合、球磨，得到浆料，所述M为Ti、Co、Fe、Mg、Al、Cr、Nb中一种或几种；

B）将所述浆料煅烧，得到锂离子电池正极材料。

优选的，所述步骤A中，所述含碳化合物占所述含锂化合物、含锰化合物、含M化合物、含钛化合物和含磷化合物总量的10wt%~30wt%。

优选的，所述步骤A中，所述含锂化合物、含锰化合物、含M化合物、含钛化合物和含磷化合物中Li、Mn、M、Ti、P的摩尔比为（1~1.2）：（0.8~1.0）：（0~0.2）：（0~0.4）：（1.0~1.6）。

优选的，所述步骤A中，所述浆料的固含量为20wt%~50wt%。

优选的，所述步骤A中，所述球磨的时间为5~15小时。

优选的，所述步骤B中，所述煅烧为在氮气条件下，所述煅烧的温度为600~800℃，所述煅烧的时间为2~16小时。

优选的，所述含M化合物选自含掺杂元素M的氧化物、氢氧化物、硝酸盐、有机酸盐中的一种或几种；

所述含锂化合物选自碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、草酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的一种或几种；

所述含锰化合物选自醋酸锰、硫酸锰、草酸锰、硝酸锰、二氧化锰、四氧化三锰、三氧化二锰、氢氧化锰中的一种或几种；

所述含钛化合物选自二氧化钛、四氯化钛、偏钛酸、硫酸钛中的一种或几种；