[发明专利]硅酸锰锂类锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种硅酸锰锂类锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着经济发展和生活水平提高，能源问题和污染问题日益突出，新型无污染能源的开发和应用迫在眉睫。锂离子电池具有比能量高、比功率大、循环寿命长、无记忆效应以及清洁无污染等特点，因此受到许多国家的重视。

锂离子电池结构包括正极材料，负极材料，隔膜和电解液，其中正极材料是影响锂离子电池能量密度和放电功率的关键部分之一。目前常用的锂离子电池正极材料主要是LiCoO₂、LiFePO₄和LiMn₂O₄的，但是其理论比容量分别仅为147mAh/g、178mAh/g和148mAh/g，远远满足不了日益增长的市场需求。2006年以来，一种硅酸盐类聚阴离子型锂离子电池正极材料硅酸锰锂Li₂MnSiO₄以其极高的比容量，且兼具放电电压高、成本低、安全性高等优点，受到大家广泛的关注。1mol Li₂MnSiO₄可以脱除2molLi⁺，分别具有4.1V的Mn²⁺/Mn³⁺和4.5V的Mn³⁺/Mn⁴⁺两个放电平台，理论比容量高达333mAh/g，是一种具有广泛的应用前景。

Li₂MnSiO₄主要采用高温固相法和凝胶-溶胶法合成。Wengang Liu等以偏硅酸锂和四水合醋酸锰为原料，蔗糖为碳源，采用高温固相和机械球磨相结合的方法合成Li₂MnSiO₄/C复合材料。R.Dominko等采用溶胶-凝胶法，以醋酸锂、醋酸锰和胶态氧化硅为前驱体，1∶3的柠檬酸和乙二醇为络合剂，合成Li₂MnSiO₄材料。Yi-Xiao Li等将醋酸锂、醋酸锰的水合物和TEOS溶于乙醇水溶液，以蔗糖作为碳源，高温煅烧后制得Li₂MnSiO₄/C复合材料。

通过对现有文献的检索发现，中国专利CN102646829A将锂源、锰源和硅源加入到有机溶剂中，在150℃～220℃下加热10～48小时制备得到硅酸锰锂材料，降低合成成本，提高安全系数，适于工业生产。中国专利CN101540393A将锂源、锰源、二氧化硅和碳源混合均匀后，800℃～1000℃煅烧制得具有Li₂MnSiO₄/C复合材料，工艺简单，成本低廉。

但是以上方法合成的Li₂MnSiO₄电子、离子电导率较低，严重限制其容量发挥。为了提高其放电容量，一般采用减少结晶晶粒粒径和包覆碳层的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有锂离子电池正极材料的不足，提供一种空心球型的硅酸锰锂类锂离子电池正极材料及其制备方法。本发明的正极材料是具有壳层结构的空心球型Li₂MnSiO₄/C复合材料；本发明利用锂盐和锰盐的溶度积常数不同的原理，采用共沉淀法和高温固态法制备得到具有空心球型壳层结构的Li₂MnSiO₄/C复合材料，增大了电解液的接触面积，缩短了Li⁺的迁移路径，从而有效地提高了Li₂MnSiO₄电子、离子电导率较低，极大地提高了其实际容量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种硅酸锰锂类锂离子电池正极材料，所述正极材料为具有空心球型壳层结构的Li₂MnSiO₄/C复合材料。

第二方面，本发明涉及一种上述硅酸锰锂类锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤A、在含锂盐沉淀颗粒的过饱和锂盐水溶液中，加入可溶性锰盐，搅拌、过滤、干燥后得到具有核壳结构的锂盐-锰盐固体颗粒，所述锂盐、锰盐的摩尔比为1∶1～2∶1；