[发明专利]一种富锂锰基材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种较高容量富锂锰基材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池已经在小型锂电例如手机、电动工具、电脑等电子设备上大量使用。目前已经开始逐步使用在电动自行车和一些短程电动汽车上。随着科学的不断发展，人们对锂离子电池的能量密度也有了更高的期盼。

正极材料是决定锂电能量密度最为关键的材料之一，决定了锂离子电池的大部分性能。而现有应用在电动自行车、电动汽车上的所用传统的锰酸锂、磷酸铁锂动力电池能量密度只能达到150Wh/kg左右，远远不能满足电动汽车长距离续航的需求。因此高容量、高电压的富锂锰基正极材料成为了研究的热点。该材料的使用可以使电池能量密度有望达到300Wh/kg，大大延长电动汽车的续航里程。

目前传统的富锂锰基工业化合成方法主要集中在液相共沉淀、溶胶凝胶法。虽然理论上说共沉淀法生产的材料是分子级的混合，并且杂质离子很容易除去，但是共沉淀法生产中的波动很难控制，并且由于沉淀时多元素的沉淀系数不同很容易导致产物的组分并不均匀。溶胶凝胶法生产成本较高，并且由于很难连续生产，批次的一致性难以保证。

发明内容

本发明提出一种富锂锰基材料、其制备方法及锂离子电池，以解决现有富锂锰基材料制备方法的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种富锂锰基材料，该富锂锰基材料化学式为：xLi₂MnO₃·(1-x)Li(Ni_0.7-yMn_0.15Co_0.15M_y)O₂，0.4≤x≤0.7，M为掺杂元素，0.01<y<0.05，所述富锂锰基材料经过混合金属氧化物包覆。

其中，所述混合金属氧化物为两种金属氧化物混合，其中一种金属氧化物摩尔数是另一种金属氧化物摩尔数的2～20%，所述混合金属氧化物选自Mg、Ti、V、Mn或Al的氧化物中的两种。

所述富锂锰基材料xLi₂MnO₃·(1-x)Li(Ni_0.7-yMn_0.15Co_0.15M_y)O₂的掺杂元素氧化物M为Ti、B中的一种或两种，其中Ti的氧化物为二氧化钛，B的氧化物为三氧化二硼。

为实现上述目的，本发明提出一种锂离子电池，采用上述的富锂锰基材料作为正极材料。

而且，为实现上述目的，本发明提出一种富锂锰基材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：根据富锂锰基材料化学式xLi₂MnO₃·(1-x)Li(Ni_0.7-yMn_0.15Co_0.15M_y)O₂的组分按照化学计量称取锂源、锰源、镍源、钴源和掺杂元素氧化物原料于溶剂中混合,并对原料进行搅拌湿磨，将其混合均匀；

步骤2：在步骤1的混合均匀的浆料转移到砂磨机进行超细粉碎和分散，形成悬浊液；

步骤3：将步骤2中的悬浊液进行喷雾造粒得到富锂锰基前驱体；

步骤4：将步骤3的富锂锰基前驱体进行低温烧结和高温烧结后得到初步的富锂锰基材料。

步骤5：将步骤4所烧结完成的初步的富锂锰基材料加入到反应釜，并向反应釜中加入溶剂和混合金属元素包覆剂，在反应釜中搅拌均匀后转移至双锥干燥中除去溶剂，最后将粉体经过二次烧结最终得到掺杂元素且经所述混合金属氧化物包覆改性的高容量富锂锰基固溶体正极材料。

而且，所述步骤1中富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)Li(Ni_0.7-yMn_0.15Co_0.15M_y)O₂的掺杂元素M为Ti、B中的一种或两种，其中0.01<y<0.05。

而且，所述步骤1中的所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或草酸锂中的至少一种；所述锰源选自醋酸锰、硝酸锰、二氧化锰、四氧化三锰或碳酸锰中的至少一种；所述镍选自草酸镍、碳酸镍或硝酸镍中的至少一种；所述钴源选自醋酸钴、硝酸钴、碳酸钴或氢氧化钴中的至少一种。

而且，所述步骤1的搅拌湿磨是将所述原料加入球磨机中，然后加入溶剂进行搅拌湿磨2～4h，搅拌速度为20～40Hz。