[发明专利]一种动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

在环境问题和能源危机日益加剧的今天，以电动汽车为代表的新能源产业方兴未艾。其中，锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、重量轻、体积小、安全性好、循环寿命好、绿色环保等优点，在电动汽车动力电池领域有着广泛的发展前景。

目前市场上大规模应用的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、尖晶石锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂等。与其他正极材料相比，锰酸锂由于成本低、合成工艺简单、安全性能优异等特点，在动力锂离子电池市场拥有非常广泛的应用前景。但是由于其存在着常温特别是在高温(55℃)下容量衰减快、高温储存性能差等缺点和不足，严重制约了其在动力锂离子电池等高端领域的应用。因此需要重点提高锰酸锂的高温循环性能，以使其满足动力锂离子电池的应用要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：首先通过合成体相掺杂有金属元素A的前躯体，然后将该前躯体与含有金属元素的氧化物、锂源混合均匀后，高温焙烧制得体相与表相掺杂的芯材，所述芯材与含有金属元素的添加剂进行表面包覆，进行热处理后，得到动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供一种动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料，该正极材料包括以下部分：

芯材和

包覆层，

其中，所述芯材由式Ⅰ所示：

Li_1+xMn_2-y-zA_yQ_zO₄

式Ⅰ

在所述式Ⅰ中，金属元素A选自Al、Mg、Co中的一种或多种，金属元素Q选自Al、Mg、Co、Nb、Cr中的一种或多种，

在所述式Ⅰ中，0≤x≤0.2，0<y≤0.18，0<z≤0.1，且0<y+z≤0.2，1≤y/z≤10，

所述包覆层在所述芯材表面，所述包覆层为四氧化三钴、三氧化二铝、氧化亚镍中的一种或多种，包覆层中金属元素的摩尔量之和与芯材中的摩尔量之比为金属元素：氧＝0.003～0.15:1。

本发明的另一目的在于提供动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、正极材料的前驱体的制备：

1)将锰的可溶性盐与含有元素A的可溶性盐配制成混合水溶液加入到反应器中，混合水溶液的总摩尔浓度为1～3mol/l，锰的可溶性盐与含有金属元素A的可溶性盐的投料比为使得锰的可溶性盐中的锰元素与含有金属元素A的可溶性盐中金属元素A的摩尔比为Mn：A＝(2-y-z)：y，0<y≤0.18，0<z≤0.1，且，0<y+z≤0.2，1≤y/z≤10，

其中，锰的可溶性盐选自硫酸锰、硝酸锰中的一种或多种，含有金属元素A的可溶性盐选自含有金属元素A的硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐中的一种或多种，所述金属元素A为Al、Mg和Co，

2)在搅拌情况下，向步骤1)中所述的反应器中分别同时添加氢氧化钠水溶液和氨水溶液，反应6～20小时，同时，控制体系的pH为8～10，体系的反应温度为40～60℃，此时不断沉淀产出含有锰元素和金属A元素的氢氧化物的共沉淀物，

其中，氢氧化钠水溶液的浓度为1～5mol/l，氨水溶液的浓度为1～5mol/l，

3)将步骤2)中得到的共沉淀物在100～120℃下干燥，获得体相掺杂有金属元素A的球形四氧化三锰，即正极材料的前驱体；

步骤二、由式Ⅰ所示的芯材的制备：

1)将步骤一中所得前驱体、与锂源以及含有金属元素Q的氧化物混合，磨碎，混合均匀，其投料比为使得前驱体中的A元素的摩尔量、锂源中Li元素摩尔量、含有金属元素Q的氧化物中的Q元素的摩尔量之比为A：Li：Q＝y：(1+x)：z，0≤x≤0.2，0<y≤0.18，0<z≤0.1，且，0<y+z≤0.2，1≤y/z≤10，

其中，锂源为碳酸锂、氢氧化锂和硝酸锂中的一种或多种，含有金属元素Q的氧化物为含有Al、Mg、Co、Nb、Cr的氧化物中的一种或多种，

2)将步骤1)中混合均匀的混合物在600～900℃下焙烧5～30小时，然后以1～2℃/min的速度控制降温至500℃继续焙烧，焙烧完成后，冷却，粉碎，筛分，获得由式Ⅰ所示的芯材，

步骤三、正极材料的制备：