[发明专利]一种锂离子电池核壳正极材料及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种核壳正极材料及其制备方法。本发明提供的核壳正极材料，在传统正极材料LiMn₂O₄核中掺杂高价态硅、钛或锆，以LiMn_2‑xM_xO₄作为核体，避免了常规低价态掺杂改性中Mn³⁺离子的减少，并抑制了氧缺陷，同时在一定程度上提高了锂离子的扩散率；外壳Li₂MO₃作为壳层材料，对核体进行包覆，实现对核体活性材料和电解液的隔离，能够减少二者的直接接触，从而有效地抑制了核体中锰在电解液中的溶解，同时进一步提高了锂离子的扩散率，进而能够表现出优异的高温循环稳定性性能。实施例结果表明，本发明提供的锂离子电池核壳正极材料在55℃条件下循环100次后容量保持率高达95.1％。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池核壳正极材料及其制备方法。

背景技术

化学电源作为实现化学能与电能转化与存储的能源体系已发展较为成熟，形成了多款高性能电池产品，如广泛应用的铅酸电池和镍镉电池等产品体系。虽然这些传统的化学电源具有质量稳定、可靠性高等优点，但是在电池产品制造的过程中会产生较为严重的环境污染，特别是废弃电池处理不当对人类生存环境所产生的破坏，会严重威胁到人类的生命健康。相比之下，锂离子电池作为一种新型的化学电源体系不仅具备传统化学电源的优良特性，同时又能够在很大程度上避免传统铅酸电池和镍镉电池等产品体系引发的环境污染等严重问题，受到国内外越来越广泛的关注。

锂离子电池中正极材料的性能对锂离子电池性能的提高至关重要。尖晶石型锰酸锂(LiMn₂O₄)正极材料是目前较为成熟的锂离子电池正极材料之一，具有诸如锰资源丰富，制备技术成熟、生产成本低，安全性能好、而且对环境无污染等优点。特别是近年来，国家大力发展新能源及新能源汽车等战略新兴产业，这为尖晶石型锰酸锂正极材料的规模化商业应用提供了良好的机遇。如果广泛使用该材料作为锂离子电池正极材料，将大力促进新一代高性能、低成本且环保型动力锂离子电池的研究和开发，进而促进新能源电动汽车产业的快速发展。然而，该正极材料高温循环稳定性差，严重限制了该锂离子电池的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂离子电池核壳正极材料及其制备方法，本发明提供的核壳正极材料具有优异的高温循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种锂离子电池核壳正极材料，包括化学组成为LiMn_2-xM_xO₄的核体和Li₂MO₃壳层；0＜x≤0.1，所述M为Si、Zr或Ti，M的价态为正四价。

优选的，所述核体和壳层的质量比为1：(0～x)。

本发明还提供了一种锂离子电池核壳正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供包括锂源、锰源和掺杂源的混合粉料；

所述混合粉料中锂源、锰源和掺杂源的摩尔比为1：[1.9,2)：(0,0.1]；

(2)将所述步骤(1)得到的混合粉料依次进行预烧结和再烧结，得到LiMn_2-xM_xO₄核体；所述预烧结的温度为400～450℃，预烧结的时间为4～6h；所述再烧结的温度为750～825℃，再烧结的时间为12～18h；

(3)将所述步骤(2)得到的LiMn_2-xM_xO₄核体与无水乙醇、去离子水混合，得到核体分散液；