[发明专利]一种硅酸锰锂类锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种硅酸锰锂类锂离子电池正极材料及其制备方法，所述的正极材料的化学通式为Li2Mn1‑xMxSiO4/C,其中，其中0≤x≤0.15，掺杂金属M为Mg、Al、Zn、Cu或Co中的一种或多种，表面包覆的碳的含量为2％～15％。本发明通过金属阳离子掺杂和碳包覆结合的改性手段，有效提高材料的结构稳定性和电子导电率，提供了一种循环性能和倍率性能较好的硅酸锰锂正极材料。本发明利用醋酸锰与掺杂M盐熔点低且存在共熔点的特性，干混后在较低温度下实现原料熔融或共熔，简便地实现掺杂元素与锰元素在共熔状态下充分混合；整体制备工艺简单、流程短、操作容易、低成本，易于实现工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种硅酸锰锂类锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

从日本Sony公司成功推出商业化的锂离子电池之后，锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无污染和自放电率低等优点，在消费类电子产品、电动工具、电动汽车、储能电站等众多领域获得了广泛的应用。

在锂离子电池的众多关键构成中，正极材料是影响电池能量密度、功率密度、循环寿命和安全性能的重要因素，是锂离子电池最关键的组成部分。从理论上来说，具有可逆结合锂离子的晶格结构的物质均可以作为锂离子电池的正极材料。常见的锂离子电池正极材料主要可分为两大类。一类是锂的过渡金属氧化物LixMyOz，此类材料主要有层状结构的钴酸锂LiCoO2、镍钴酸锂LiNixCoyO2二元材料(三元材料LiNixCoyAlzO2可视作其中一种)、镍钴锰酸锂LiNixCoyMnzO2三元材料、富锂锰基Li2MnO3·LiMO2材料和尖晶石型结构锰系正极材料，例如锰酸锂LiMn2O4和镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4。这一类材料以晶格氧密堆积为骨架结构，在过充、短路、针刺等极端条件下易产生晶格氧的逃逸并释放氧，导致结构坍塌以及与有机电解液发生氧化还原反应等，存在严重的安全隐患。另一类是含有四面体或八面体阴离子结构单元(XOm)n-(例如X＝P、S、Si)的聚阴离子型化合物，例如橄榄石型磷酸铁锂LiFePO4。此类材料中极强的共价键形成聚阴离子骨架，在锂离子脱嵌过程中很难出现氧逃逸和结构骨架的坍塌，安全性能极佳。