[发明专利]一种锂离子电池富锂锰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正极材料制备技术领域，特别涉及一种锂离子电池富锂锰正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高能蓄电池，具有能量密度高、使用寿命长、循环性能好且无记忆效应等优点。锂离子电池正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，它对于锂离子电池的电化学性能有重要的影响。一般的锂离子电池正极材料(LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄)已经不能满足人们对高容量、高能量密度电子产品的需求。层状富锂锰正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co，Ni_0.5Mn_0.5，Cr，Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3，Fe…)是一种α-NaFeO₂型固溶体材料，由层状的Li₂MnO₃和LiMO₂(M＝Mn，Ni，Co，Ni_0.5Mn_0.5，Cr，Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3，Fe…)形成，以其特有的高比容量(200～300mAh/g)、优秀的循环能力等性能，成为当今锂离子二次电池正极材料的研究热点。例如，CN102013481A(申请号：201010522413.8)公开了一种球形梯度富锂锰正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)Li[Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4]O₂(0.1≤x≤0.4)的合成方法，用已有的商业化球形前驱体[Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4](OH)₂进行Mn元素包覆，然后与氢氧化锂混合热处理。所得正极材料的粒径为10μm左右，0.2C倍率电流充放电，首次放电比电容量为242mAh/g；在1C倍率下，首次放电比电容量为171mAh/g；在2C倍率下，首次放电比电容量为162mAh/g。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的富锂锰正极材料在较高倍率下的放电比容量较低，倍率性能差。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种具有良好倍率性能的锂离子电池富锂锰正极材料及其制备方法。

具体而言，包括以下的技术方案：

本发明第一方面提供一种锂离子电池富锂锰正极材料，所述富锂锰正极材料的化学式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_0.5-a/2Mn_0.5-a/2Fe_aO₂，其中，0.1≤x≤0.9，0.002≤a≤0.08；所述富锂锰正极材料的累计粒径分布百分数达到50％时所对应的粒径为0.1～0.8μm。

进一步地，所述富锂锰正极材料的比表面积为0.8～2.0m²/g，振实密度为1.8～2.3g/cm³。

本发明第二方面提供一种本发明第一方面的锂离子电池富锂锰正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤(1)，按照xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_0.5-a/2Mn_0.5-a/2Fe_aO₂的化学计量比将锂盐、镍盐、铁盐以及锰盐溶于水中得到金属离子水溶液，所述金属离子水溶液中金属离子总浓度为0.2～3mol/L；

步骤(2)，将螯合剂加入所述金属离子水溶液中，搅拌分散均匀；所述螯合剂的物质的量和所述金属离子总物质的量的比为1～1.2:1；

步骤(3)，用喷雾干燥机对步骤(2)所得混合溶液进行干燥，得到所述富锂锰正极材料的前驱体材料；所述喷雾干燥机的进风温度为180～220℃，所述所述喷雾干燥机的出风温度为100～120℃；