[发明专利]正极材料及其制备方法、正电极和电池

说明书

本发明涉及一种正极材料及其制备方法、正电极和电池。该正极材料的制备方法包括如下步骤：将氢氧化锂、掺杂材料、插层剂与碳酸锰混合，得到前驱体，掺杂材料含有Mg、Ti、Al、Ca、Cr、Ru及Nb元素中的至少一种，插层剂选自醇类、呋喃类、酰胺类及吡啶类中的至少一种；及将前驱体于400℃～600℃下进行煅烧，得到正极材料。上述正极材料的制备方法能够制备较高充电比容量的正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种正极材料及其制备方法、正电极和电池。

背景技术

由于锂离子二次电池具有很高的工作电压、较大的比能量、长的循环寿命、无记忆效应、对环境友好等非常优异的综合性能，是各类新型化学电源中最具有应用前景的，并迅速成为了世界各国的重点研究对象。目前，锂离子二次电池已普遍应用于手机、摄录像机、无绳电话和笔记本电脑等便携式电子产品中，并且在军事国防、航天航空以及新能源汽车等领域，具有广阔的市场空间。

为促进锂离子电池在电动汽车上的应用，除了满足安全、环保和循环寿命的要求，电池成本和能量密度是关键指标。新一代动力锂电池要求能量密度达到300Wh/kg，这就需要大幅度提高电极材料的比容量和工作电压。其中，Li₂MnO₃作为高容量的锂电池正极材料有很大的应用前景，也得到了广泛的研究。然而这些研究制备的Li₂MnO₃的充电比容量较低，不能满足实际需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种正极材料的制备方法，该制备方法能够制备出较高充电比容量的正极材料。

此外，还提供一种正极材料、正电极和电池。

一种正极材料的制备方法，包括如下步骤：

将氢氧化锂、掺杂材料、插层剂与碳酸锰混合，得到前驱体，所述掺杂材料含有Mg、Ti、Al、Ca、Cr、Ru及Nb元素中的至少一种，所述插层剂选自醇类、呋喃类、酰胺类及吡啶类中的至少一种；及

将所述前驱体于400℃～600℃下进行煅烧，得到正极材料。

上述正极材料的制备方法通过将氢氧化锂、掺杂材料、插层剂与碳酸锰混合，得到前驱体，掺杂材料含有Mg、Ti、Al、Ca、Cr、Ru及Nb元素中的至少一种，插层剂选自醇类、呋喃类、酰胺类及吡啶类中的至少一种，插层剂的加入使得前驱体的层间距扩大，同时使得Mg、Ti、Al、Ca、Cr、Ru及Nb元素中至少一种掺杂入前驱体中，再将前驱体于400℃～600℃下进行煅烧，使得插层剂经煅烧后被去除，使得材料的层间距得到维持，以使锂离子和电子能够易于脱出和转移，进而得到具有较高充电比容量的正极材料。经试验验证，上述实施方式的正极材料的首次充电比容量为438.5mAh/g～455.1mAh/g。

在其中一个实施例中，所述碳酸锰为球形碳酸锰。

在其中一个实施例中，所述将氢氧化锂、掺杂材料、插层剂与碳酸锰混合的步骤之前，还包括制备所述碳酸锰的步骤：将硫酸锰、碳酸氢钠及无水乙醇混合并反应，得到所述碳酸锰。

在其中一个实施例中，所述醇类选自四甘醇、新戊醇及苯甲醇中的至少一种，所述呋喃类选自四氢呋喃、二甲基四氢呋喃及甲氧基四氢呋喃中的至少一种，所述酰胺类选自二甲基甲酰胺、丙烯酰胺及苯基酰胺中的至少一种，所述吡啶类选自甲基吡啶、苯基吡啶、甲酸吡啶铬及氟铬酸吡啶脂中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述将氢氧化锂、掺杂材料、插层剂与碳酸锰混合，得到前驱体的步骤包括：

将所述氢氧化锂、去离子水与所述掺杂材料混合，得到反应液；及

向所述反应液中加入所述插层剂与所述碳酸锰混合并干燥，得到所述前驱体。