[发明专利]富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域。富锂锰材料的分子式为aLi₂MnO₃·(1‑a)LiNi_0.5Mn_1.5O₄·(1‑a)LiNi_0.5Mn_0.5O₂，其中0.01≤a≤0.3。正极材料包括上述富锂锰材料。正极片涂覆上述正极材料。锂离子电池正极材料活性物质为上述富锂锰材料，负极材料活性物质为SiO/C复合材料。本发明缓解了现有正极材料比容量不高、首次效率低以及负极材料库伦效率低、循环性能差的缺陷。本发明的锂离子电池通过正、负极材料的相互配合，得到的锂离子电池具有高比能量和高安全性，电池能量密度大于320Wh/kg。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法。

背景技术

新能源汽车的重要瓶颈在于电池的续航里程。目前，国内新能源汽车仍然在采用磷酸铁锂和三元锂电池，车型续航里程基本上都能够达到300公里，但是电池系统平均能量密度水平仅为115Wh/Kg。2017年3月份，国家工信部等四部委联合颁布《促进汽车动力电池发展行动方案》，指出到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量超过300Wh/kg；系统比能量力争达到260Wh/kg、成本降至1元/瓦时以下。到2025年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500Wh/kg。

提高锂离子电池比能量主要的手段是提高正极的容量和电压，以及提高负极的容量两个方面，当然，减少非活性物质(例如，正负极材料的集流体、隔膜、电解液、电池外壳等)的重量也可以提高电池比能量，但这些手段非常有限，且会带来一些安全风险。

目前锂离子动力电池的正极材料LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄能量密度不高，高镍三元材料(Ni含量大于0.7)在提升材料的容量的同时，也带来了热稳定性差和循环性能差的问题。富锂锰xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn,Ni,Co,Ni_0.5Mn_0.5,Cr,Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3,Fe…)为正极材料的锂离子电池具有能量密度高(大于250Wh/kg)、锰资源丰富、价格便宜等优势，应用前景广阔。专利CN102544475A公开了富锂锰酸锂固溶体正极材料的制备方法，材料的化学通式为Li₂MnO₃-LiMO₂，其中M为Ni、Co、Mn等过渡金属中的至少一种，组装扣式电池测试，放电比容量高达245～271mAh/g。专利CN102013481A公开了一种球形梯度富锂正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)Li[Ni_0.4Co_0.2Mn_0.4]O₂(0.1≤x≤0.4)，首次放电比电容量为242mAh/g，50次循环后比容量为221mAh/g，存在首次不可逆容量，库伦效率较低，且循环稳定性差的缺陷。专利CN107123793A公开了一种层状富锂锰基材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂的制备方法，富锂锰基正极材料在1C倍率下充放电循环600次比容量180mAh/g，但在富锂锰电池中，存在富锂锰材料首次效率低、充放电过程产气、倍率性能差，循环过程中电压下降等问题，严重地影响了富锂锰电池的应用。另外，这些仅仅是半电池(正极材料/金属锂)，还未制作成全电池得以应用。