[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，属于正极材料领域。本发明提供的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。本发明提供的锂离子电池正极材料具有优异的循环稳定性和大倍率性能，循环200次后，容量保持率可高达98.9％；而且本发明提供的锂离子电池正极材料在高倍率下仍然具有大的放电比容量，当充电倍率由0.5C增加到30C时，首次放电比容量保持率为84.5％。

技术领域

本发明涉及正极材料领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

以尖晶石型LiMn₂O₄作为锂离子电池正极材料具有电压平台高、热稳定性好、锰资源丰富、制备技术成熟、生产成本低、安全性能好、而且对环境无污染的优点。和磷酸铁锂以及三元材料相比，该材料的综合性价比较高，具有突出的成本优势。

然而，LiMn₂O₄正极材料中Mn³⁺的Jahn-Teller效应、氧缺陷以及电解液中锰的溶解问题，对LiMn₂O₄的结构稳定性和锂离子扩散产生严重的影响，导致LiMn₂O₄正极材料在充放电过程中存在循环稳定性差、倍率低等问题，制约着该材料的大规模商业化应用。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池正极材料，本发明提供的锂离子电池正极材料具有高倍率性能优越且循环稳定性好的特点。

本发明提供了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。

优选的，所述掺杂改性锰酸锂占核芯质量的90～97％。

优选的，所述核芯的直径为10～20μm；所述包覆层的厚度为5～20nm。

优选的，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。

优选的，所述聚乙二醇和导电聚合物的质量比为0.5～2:1。

本发明提供了上述技术方案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。