[发明专利]含硅富锂锰基层状锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，具体公开了一种含硅富锂锰基层状锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新一代绿色二次电池，具有体积小、重量轻、容量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等优点，它不仅可以用于便携式电器、人造卫星、航空航天等领域，还是电动汽车的后备电源之一。作为21世纪的理想能源，锂离子电池引起了全世纪的重视，日本、美国等发达国家投入了巨大的人力物力对其进行了大量的研究开发。

近年来，锂离子电池的相关技术发展迅速，但其正极材料的研究与其负极材料和电解液相比，则相对滞后，所以锂离子电池的发展很大程度上取决于其正极材料性能的提高。

目前，实现商业化的锂离子电池正极材料主要以LiCoO₂为正极材料，尽管LiCoO₂正极材料有优良的脱嵌锂性能，但由于其安全性不好、钴资源贫乏、钴价格昂贵等因素，使得人们不得不寻找新的锂离子电池正极材料代替它。

新的锂离子电池正极材料主要有LiMn₂O₄、LiFePO₄、锂锰氧引入的衍生物和锂钴氧引入的衍生物。在锂离子电池中，电池材料暴露在电解液中，而通常电解液为导电锂盐如LiClO₄、LiPF₆、LiAsF₄等和有机溶剂如EC、DEC、DMC、PC等的混合溶液，由于电解液和有机溶剂两者之间的恶性相互作用，导致电池材料中主要元素溶解流失，引起锂离子电池正极材料和电池性能劣化。如何解决锂离子电池正极材料和电解液之间相互的不良反应，提高锂离子电池的性能和安全性，同时延长其使用寿命的问题变的尤为重要。目前，在锂离子电池正极材料中引入锰基多元正极基底材料很好的解决了这一问题。

锰基多元正极基底材料由于其理论比容量超过350mAh/g、实际比容量大于250mAh/g、工作电压高、成本低廉等优点，一直是锂离子电池正极材料研究的热点。

但是，锰基多元正极基底材料的放电平台衰减严重、倍率性能差以及高倍率循环性能差的等缺点严重抑制了锰基多元正极基底材料的大规模应用。

因此，亟需寻求一种具有较好的放电平台、循环稳定性以及高倍率性能的改性锰基多元正极基底材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种含硅富锂锰基层状锂离子电池正极材料及其制备方法，其电子电导率高，放电平台衰减慢，倍率性能好。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种含硅富锂锰基层状锂离子电池正极材料，其特征在于，其化学通式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂·SiO₂，其中，0.1≤x≤0.9，M为Mn、Co或Ni。

(二)一种含硅富锂锰基层状锂离子电池正极材料，其特征在于，包括以下原料组分：锰原料、镍原料、钴原料、锂盐、液相硅原料和络合剂。

优选地，所述锰原料为硝酸锰、乙酸锰或碳酸锰；所述锰原料还可以为其它含锰的无机盐、有机盐或醇盐。

优选地，所述镍原料为硝酸镍、乙酸镍或碳酸镍；所述镍原料还可以为其它含锰的无机盐、有机盐或醇盐。

优选地，所述钴原料为硝酸钴、乙酸钴或碳酸钴；所述钴原料还可以为其它含锰的无机盐、有机盐或醇盐。

优选地，所述锂盐为硝酸锂、乙酸锂或碳酸锂；所述锂盐还可以为其它含锂的无机盐、有机盐或醇盐。

优选地，所述液相硅原料为正硅酸乙酯、硅酸钠水溶液或四氯化硅；所述液相硅原料还可以为无机液相硅或有机液相硅。

优选地，所述络合剂为乙酰丙酮、乙二胺四乙酸、蔗糖、柠檬酸或葡萄糖。

优选地，所述锂盐、锰原料、镍原料和钴原料中，各金属阳离子之间的摩尔比为Li⁺：Mn²⁺：Ni²⁺：Co²⁺＝(1.1～1.9)：(0.3997～0.9333)：(0.2997～0.0333)：(0.2997～0.0333)。

优选地，所述液相硅原料中，硅原子与M的摩尔百分比为0.1％～10％。

优选地，所述M与络合剂之间摩尔比为1:1～1:2。

(三)一种含硅富锂锰基层状锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：