[发明专利]富锂锰基正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及富锂锰基正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为很有发展潜力的先进二次电池，因其具有高能量密度、高电压和环境友好等优点，在便携能源储存设备、纯电动汽车(EVs)和混合电动汽车(HEVs)方面发挥着很重要的作用。通常，高性能可充电锂离子电池的发展关键在于正极材料，然而，传统的正极材料，如LiCoO₂、LiFePO₄LiNiO₂、LiMnO₂和LiMO₂(M为Ni、Mn和Co中的两种以上)等，由于其电化学容量较低，实际容量一般低于200mAh·g^-1，使得它们在下一代高能量密度锂离子电池应用方面受到限制。因此，发展具有高能量密度的正极材料仍然是一项很大的挑战。富锂层状材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_1/2Mn_1/2O₂因其高容量(>250mAh g^-1)和低成本而引起人们广泛关注，是很有前途的正极材料。这类富锂层状正极材料最吸引人的特征是能够通过Li₂MnO₃组分的活化而充电到一个高电压(>4.5V)，从而得到高的充放电容量(高于250mAh·g^-1)，克服传统的正极材料在这个电压下则变得不稳定的缺陷。尽管这类层状材料具有很多优点，但也存在固有的缺点，即本体倍率性能差，循环稳定性差等，这主要由于该材料充电到电压在4.5V以上时Li₂MnO₃组分活化引起表面结构重组，电极材料受到电解液的侵蚀以及在循环过程中的结构变化等因素。

发明内容

本发明的目的是克服现有的锂离子正极材料的倍率性能差、循环稳定性差等缺陷，提供一种倍率性能和循环稳定性能优良的富锂锰基正极材料及其制备方法和锂离子电池。

本发明的发明人经过深入研究发现，当电极材料的粒径减小到纳米尺寸时可以有效缩短锂离子扩散路径，从而有利于锂离子快速地与电活性物质进行电化学氧化还原，实现短时高充放电容量的效果；但是由于纳米材料的比表面积比较大，热力学稳定性差，如果采用纳米材料作为电极材料可能会破坏电极材料的结构稳定性，从而使得这样的电极材料难以保持稳定的高倍率性能和循环稳定性能，而且还会增加电极和电解液之间的副反应，导致使用安全性降低、有效活性物质减少。基于此，本发明的发明人采用了α-MnO₂微米粒子，通过本发明的方法制成了具有二次微米颗粒结构的富锂锰基正极材料，由于所述二次微米颗粒结构至少部分由一次纳米粒子构成，从而使得本发明所得的富锂锰基正极材料，既可以利用纳米材料的缩短锂离子扩散路径的优势，又可以通过微米结构保持良好的结构稳定性，从而获得了持续稳定的优良的倍率性能和循环稳定性。由此完成了本发明。

因此，本发明提供一种富锂锰基正极材料的制备方法，其中，该方法包括：将α-MnO₂微米粒子与镍盐和含锂化合物分散于溶剂中，蒸发分散所得混合物以除去所述溶剂，将所述蒸发后的固体产物进行煅烧；其中，所述含锂化合物为锂盐和/或氢氧化锂。

本发明还提供了由上述方法所制得的富锂锰基正极材料。

本发明还提供了一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池的正极材料包括上述富锂锰基正极材料。

本发明通过采用α-MnO₂微米粒子，在所述富锂锰基正极材料的制备方法中，形成了具有二次微米颗粒结构的富锂锰基正极材料，使得该材料具有持续稳定的高的倍率性能和循环稳定性能，并能够获得高的电化学容量。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是制备例1所得的α-MnO₂微米粒子A1的SEM图；

图2是本发明的实施例1所得的富锂锰基正极材料L1的SEM图；

图3是本发明的实施例1所得的富锂锰基正极材料L1的SEM图部分放大图；

图4是本发明的实施例1的电化学放电循环测试结果图。

具体实施方式