[发明专利]一种锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池锰酸锂正极材料，包括化学组成为LiMn_2-xM_xO₄的核体和双相壳层；0＜x≤0.1；所述M为锂离子、正二价金属离子或正三价金属离子，所述正二价金属离子包括镁离子、锌离子或铜离子，正三价金属离子包括铝离子、钴离子或铬离子；

所述双相壳层为层叠包覆的快离子导体包覆层和电子导体包覆层，所述快离子导体包覆层包覆在所述核体表面。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池锰酸锂正极材料，其特征在于，所述双相壳层中快离子导体包括Li₂SiO₃、La_0.7Sr_0.3Mn_0.7Co_0.3O₃、Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃、Li₃PO₄或LaMnO₃，电子导体包括聚吡咯或聚苯胺；

所述双相壳层中快离子导体和电子导体的质量比为(0.5～2)：1。

3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池锰酸锂正极材料，其特征在于，所述双相壳层的质量为核体质量的1～5％。

4.一种锂离子电池锰酸锂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)在所述步骤(2)得到的LiMn_2-xM_xO₄核体表面原位合成快离子导体包覆层，得到初级核壳材料；

(4)在所述步骤(3)得到的初级核壳材料表面原位合成电子导体包覆层，得到锰酸锂正极材料；

所述步骤(1)中掺杂源包括锂盐、镁盐、锌盐、铜盐、铝盐、钴盐、铬盐或相应金属的氧化物。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中预烧结的温度和再烧结的温度以升温的方式达到，所述升温的速率独立地为3～6℃/min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述步骤(4)中原位合成的电子导体包覆层为聚吡咯包覆层时，所述原位合成的方式包含：

将所述步骤(3)得到的初级核壳材料加入到含有吡咯单体和甲苯磺酸钠的乙醇溶液中，得到悬浊液；

将所述悬浊液和三价铁盐溶液混合，进行氧化聚合反应。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述步骤(4)中原位合成的电子导体包覆层为聚苯胺包覆层时，所述原位合成的方式包含：

将所述步骤(3)得到的初级核壳材料分散于水中后加入苯胺，得到分散料液；

采用盐酸调节所述分散料液的pH值至3～5，得到酸性溶液；

将所述酸性溶液与过硫酸铵混合，在冰水浴条件下，进行包覆沉淀。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中锂源包括碳酸锂、氢氧化锂和乙酸锂中的一种或多种；

所述锰源包括二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰、羟基氧化锰、醋酸锰、碳酸锰、硝酸锰和草酸锰中的一种或多种。

9.根据权利要求4或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中掺杂源为相应金属的硝酸盐、乙酸盐或氧化物。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合粉料的制备方法包括：将锂源、锰源和掺杂源在无水乙醇中进行湿法球磨3～8h后干燥，得到干燥混合物；将所述干燥混合物进行干法研磨，得到混合粉料。