[发明专利]一种锰酸锂/固态电解质复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种锰酸锂/固态电解质复合材料及其制备方法和用途。所述方法包括以下步骤：1)将锰酸锂粉体与固态电解质粉体进行干法球磨，得到混合料；2)对所述混合料在≥500℃的煅烧温度下进行煅烧，得到锰酸锂/固态电解质复合材料；步骤(1)中，以锰酸锂粉体的质量为100wt％计，所述固态电解质粉体的掺入量为0.05wt％‑0.8wt％。本发明的方法，通过将锰酸锂粉体与固态电解质粉体干法球磨，并在一定的温度下进行煅烧处理，得到锰酸锂/固态电解质复合材料，从而增强正极材料结构的稳定性，缩短锂离子在电极材料中的迁移距离，增加电极物质与电解质的界面，从而减小界面电阻，提升循环性能及容量。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，涉及一种锰酸锂/固态电解质复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

现有的正极材料体系中，从成本、资源和安全性方面综合考虑，尖晶石结构LiMn₂O₄正极材料由于价格低廉，安全无毒，制备工艺简单而备受关注，比较适合动力电池。日本和韩国在锂离子动力电池，尤其是电动汽车电池开发主要以锰酸锂体系为主。

LiMn₂O₄在充放电过程中正极和负极的反应如下：

正极锰酸锂在充电过程中发生的氧化反应：

LiMn₂O₄→x Li⁺+xe^-+Li_1-x Mn₂O₄

负极石墨在充电过程中发生的还原反应：

x Li⁺+xe^-+C₆→Li_x C₆

正极锰酸锂在放电过程中发生的还原反应：

x Li⁺+xe^-+Li_1-x Mn₂O₄→LiMn₂O₄

负极石墨在放电过程中发生的氧化反应：

Li_x C₆→xLi⁺+xe^-+C₆

我国学术界和产业界也开始重视锰酸锂体系锂离子动力电池研究开发。但与层状结构的钴酸锂和镍酸锂电极材料相比，LiMn₂O₄在电解液中的溶解阻碍它在商业锂离子电池中的广泛应用。尤其是当锰酸锂正极材料在电池操作温度达到40℃-50℃时，溶解情况严重。这主要归因于电解液中存在酸性物质，如HF，诱导尖晶石颗拉表面发生如下歧化反应：

2Mn_(solid)³⁺→Mn_(solid)⁴⁺+Mn_(solid)²⁺

Mn³⁺离子歧化反应产生Mn²⁺和Mn⁴⁺，Mn²⁺离子溶于电解液中。电池在高温操作情况下加速歧化反应发生导致正极材料的结构破坏，从而导致锰酸锂体系正极材料容量衰减和循环性能的恶化。