[发明专利]改性锰基层状材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，特别涉及一种用于锂离子电池正极的改性锰基层状材料及其制备方法以及使用该材料的锂离子电池。 

背景技术

能源问题是关系到我国可持续发展的关键问题。寻求和开发可替代新能源是我国目前的一个重要国策。锂离子电池是近十多年来迅猛发展起来的一种高能电池，由于其具有高电压、高比能、循环周期长、环境污染小等优势，目前已经成为我国新能源产业发展的一个重点方向。 

正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是锂离子电池中成本比例最高的部分。钴酸锂是最广泛商业化的锂离子电池正极材料。钴酸锂等正极材料比容量过低，现已成为进一步提高锂离子电池能量密度的瓶颈。目前，国际上很多研究均专注于新型正极材料的开发。富锂锰基层状材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中M=Co、Fe、Ni_1/2Mn_1/2等，具有可达250mAhg^-1以上的高放电比容量、高能量密度以及较低的原材料成本等优点，因而受到研究者的广泛关注。 

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：这种锰基层状材料在充放电过程中存在着比较突出的问题，如：由于材料表面稳定性差，受到电解液的侵蚀时，易与电解液发生氧化反应，导致材料表面成分和结构发生变化，从而导致材料的常温及高温循环性差，严重影响电池的寿命；材料的首次充放电效率较低。上述问题严重制约了该种材料的商业化应用。 

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种改性锰基层状材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。所述技术方案如下： 

一方面，提供了一种改性锰基层状材料的制备方法，所述制备方法包括： 

将含有锂、锰、磷三种元素的固体粉末与锰基层状材料按照摩尔比为0.05～0.3:1的比例混合均匀，放入焙烧炉中，在空气气氛下分段焙烧，然后降至室温取出，过筛，筛下物即为改性锰基层状材料，其中，所述的固体粉末中所含锂、锰、磷三种元素的摩尔比为0.95～1.02:1:1。 

优选，所述的含有锂、锰、磷三种元素的固体粉末，制备方法如下： 

按照锂、锰、磷三种元素的摩尔比为0.95～1.02:1:1的比例称取固体锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物，将称取的三种化合物加入球磨罐中，在500～1000r/min的转速下球磨1～12h，取出混合均匀的粉末材料过200～1000目筛，取筛下物。 

进一步地，放入焙烧炉之前先过200～1000目筛，取筛下物放入焙烧炉中。 

所述的过筛，筛下物即为改性锰基层状材料，具体为：过200～1000目筛，筛下物即为改性锰基层状材料。 

优选，制备固体粉末时，将混合均匀的粉末材料过1000目筛；放入焙烧炉之前先过500目筛；最后，过500目筛，筛下物为改性锰基层状材料。 

具体地，所述的分段焙烧，具体包括：在200～400℃下焙烧2～12h，然后升温，在500～800℃下焙烧2～20h。 

具体地，所述的锰基层状材料为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中0〈x〈1，M为Co、Fe、Ni_1/2Mn_1/2或Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3。 

优选，所述的锂源化合物为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂，乙酸锂中的一种或一种以上组合； 

所述的锰源化合物为碳酸锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种或一种以上组合； 

所述的磷源化合物为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵中的一种或一种以上组合。 

更优选，所述的锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物分别为碳酸锂、碳酸锰、磷酸氢二铵。 

另一方面提供了一种由上述任意方法制备的改性锰基层状材料。 

另一方面，提供了一种正极为上述改性锰基层状材料的锂离子电池。 

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：