[发明专利]由层状富锂锰基和尖晶石型锰酸锂构成的核壳异构锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种由层状富锂锰基和尖晶石型锰酸锂构成的核壳异构锂离子电池复合正极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料领域。锂离子复合正极材料以尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄为内核，层状富锂锰基xLi₂MnO₃·(1–x)LiMO₂(0x≤1，M＝Mn_aNi_bCo_1–a–b，0a,b1)为外壳；其制备方法是先制备尖晶石型锰酸锂内核，再通过PVP辅助燃烧法或者湿化学法制备层状富锂锰基外壳。制备的锂离子电池复合正极材料在室温和55℃高温下均具有良好的电化学循环稳定性。此外，本发明方法工艺简单，操作方便，与高温固相法制备锰酸锂有很好的兼容性，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合正极材料，特别涉及一种由层状富锂锰基和尖晶石型锰酸锂构成的核壳异构锂离子电池复合正极材料及其制备方法；属于锂离子电池正极材料领域。

背景技术

随着新能源汽车领域的快速发展，具备高能量密度和长循环寿命的锂离子电池得到越来越多的关注。商业化的锂离子电池正极材料中，尖晶石型锰酸锂因高能量密度、低成本、环境友好等优势受到社会的青睐。但是尖晶石型锰酸锂的结构稳定性和高温循环性能较差，阻碍了锰酸锂正极材料的规模化应用。

对尖晶石型锰酸锂的改性研究中，体相掺杂和表面包覆是两种常见方法。体相掺杂能够改善锰酸锂的结构稳定性，但材料表面与电解液仍直接接触，表面锰的溶解在所难免，所以，有必要对尖晶石型锰酸锂进行表面包覆改性。

氧化物、氟化物和磷酸盐是常见的包覆材料，该类材料虽然能够限制锰酸锂和电解液的直接接触，但是该类材料不具备电化学活性，会阻碍锂离子的传输。因此，电极材料和快离子导体被认为是包覆材料的潜在候选者。LiNi_0.5Mn_1.5O₄,LiCoO₂,Li₄Ti₅O₁₂等电极已被成功应用于尖晶石锰酸锂的包覆，然而对高温性能的改善并不明显。

中国专利(CN104362370A)公开了一种锰酸锂锂离子电池，其包括正极、负极、电解液以及隔膜，所述正极包含正极电活性物质，所述正极电活性物质由尖晶石型锰酸锂与层状富锂锰基材料混合而成，该电池相对于锰酸锂电池提高了循环性能。但是不同正极材料的物理和化学性质存在差异，混合正极材料混浆时由于密度等性质的差异，合浆的均匀性不易控制，会导致制成极片后正极活性物质的分布不均匀，影响极片及电池的电化学性能。此外，锰酸锂材料和富锂锰基材料的简易混合并不能减少锰酸锂材料与电解液的接触，抑制锰酸锂材料锰溶解，仅仅通过减少电池中锰酸锂材料的含量改善电池的性能。

发明内容

针对现有技术中的尖晶石型锰酸锂电池材料存在的缺陷及不同正极材料直接混合存在的不足，本发明的目的是在于提供一种具有特殊核壳结构，能有效改善了锰酸锂材料高温循环性能的锂离子电池复合正极材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种简操作单、条件温和的制备所述由层状富锂锰基和尖晶石型锰酸锂构成的核壳异构锂离子电池复合正极材料的方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种由层状富锂锰基和尖晶石型锰酸锂构成的核壳异构锂离子电池复合正极材料，该复合正极材料是由尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄内核和层状富锂锰基xLi₂MnO₃·(1–x)LiMO₂外壳构成核壳结构；其中，0x≤1，M＝Mn_aNi_bCo_1–a–b，0a1,0b1。

优选的方案，所述尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄内核的粒径为5～25μm。