[发明专利]一种锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种锂离子电池锰酸锂正极材料及其制备方法。本发明采用低价态元素掺杂对尖晶石型锰酸锂进行改性，以改性后锰酸锂作为核体，同时在核体外以快离子导体和电子导体层叠包覆，有效地抑制了材料中Mn³⁺离子的Jahn‑Teller畸变效应、氧缺陷以及电解液中Mn的溶解等问题，显著地提高了材料的结构稳定性，并兼顾了材料锂离子扩散率和电子电导率的同时提升，双相壳层和低价态掺杂协同优化改性，利用二者产生的协同增效效应能够大幅增加材料的长循环寿命。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200次后容量保持率高达98.8％。

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锰酸锂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，特别是高温循环性能难以满足动力锂电池长续航的要求，严重制约了该材料的大规模产业化应用。

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锰酸锂正极材料及其制备方法，本发明提供的锰酸锂正极材料具有优异的高温循环稳定性，满足动力锂电池长续航寿命要求。

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。

优选的，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。

优选的，所述双相壳层的质量为核体质量的1～5％。

本发明还提供了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；