[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池正极材料，所述锂离子电池正极材料为核壳结构，由核芯和包覆层组成；所述核芯包括掺杂改性锰酸锂和碳纳米管，所述碳纳米管三维联络固结掺杂改性锰酸锂形成微米级球形材料；所述包覆层包括双相柔性聚合物；

所述掺杂改性锰酸锂的化学式为LiMn_2-xM_xO₄，0＜x≤0.1；所述M为Mg、Zn、Cu、Ni、Co、Cr、Al、Ga、In、Tl、Ti、Si或Zr；

所述双相柔性聚合物包括聚乙二醇和导电聚合物；所述导电聚合物包括聚吡咯、聚苯胺或聚乙烯二氧噻吩；所述包覆层的内侧为导电聚合物；所述包覆层的外侧为聚乙二醇；聚乙二醇和导电聚合物的质量比为0.5～2:1；

所述核芯的直径为10～20μm；所述包覆层的厚度为5～20nm；所述锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按化学计量比将Li源、Mn源和掺杂物混合，得到混合浆料；所述掺杂物包括Mg源、Zn源、Cu源、Ni源、Co源、Cr源、Al源、Ga源、In源、Tl源、Ti源、Si源或Zr源；

将所述混合浆料依次进行干燥、预烧和终烧处理，得到掺杂改性锰酸锂；

(2)将所述步骤(1)得到的掺杂改性锰酸锂进行细化，得到纳米级掺杂改性锰酸锂；

(3)将所述步骤(2)得到的纳米级掺杂改性锰酸锂和碳纳米管混合后进行制粒，得到基于碳纳米管三维联络固结的微米级球形核芯；

(4)将导电聚合物单体、掺杂剂和步骤(3)制备得到的核芯分散于无水乙醇中，然后加入氧化剂，进行氧化聚合，得到中间产物；

(5)将所述步骤(4)得到的中间产物分散于聚乙二醇溶液中，去除溶剂后得到锂离子电池正极材料；所述步骤(4)中掺杂剂包括对甲苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸、樟脑磺酸、盐酸和十二烷基磺酸钠中的一种或多种；所述氧化剂包括三氯化铁、高氯酸铁、过硫酸铵和过氧化氢中的一种或多种；所述氧化聚合的温度是3～5℃，时间为5～10h。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述掺杂改性锰酸锂占核芯质量的90～97％。

3.权利要求1～2任一项所述锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按化学计量比将Li源、Mn源和掺杂物混合，得到混合浆料；所述掺杂物包括Mg源、Zn源、Cu源、Ni源、Co源、Cr源、Al源、Ga源、In源、Tl源、Ti源、Si源或Zr源；

将所述混合浆料依次进行干燥、预烧和终烧处理，得到掺杂改性锰酸锂；

(2)将所述步骤(1)得到的掺杂改性锰酸锂进行细化，得到纳米级掺杂改性锰酸锂；

(3)将所述步骤(2)得到的纳米级掺杂改性锰酸锂和碳纳米管混合后进行制粒，得到基于碳纳米管三维联络固结的微米级球形核芯；

(4)将导电聚合物单体、掺杂剂和步骤(3)制备得到的核芯分散于无水乙醇中，然后加入氧化剂，进行氧化聚合，得到中间产物；

(5)将所述步骤(4)得到的中间产物分散于聚乙二醇溶液中，去除溶剂后得到锂离子电池正极材料；所述步骤(4)中掺杂剂包括对甲苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸、樟脑磺酸、盐酸和十二烷基磺酸钠中的一种或多种；所述氧化剂包括三氯化铁、高氯酸铁、过硫酸铵和过氧化氢中的一种或多种；所述氧化聚合的温度是3～5℃，时间为5～10h。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中预烧的温度为400～450℃，时间为4～6h；所述终烧的温度为750～825℃，时间为12～18h。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中制粒的方法为水基喷雾制粒法，所述制粒的环境温度为120～200℃。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中聚乙二醇溶液的浓度为0.5～2mol/L。