[发明专利]一种用于锂离子电池的正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本公开涉及一种用于锂离子电池的正极材料及其制备方法，所述正极材料的化学式为aLi₂MnO₃·(1‑a)Li₄Mn₅O₁₂，其中，0a1。该正极材料具有超高的容量和良好的循环性能、倍率性能，且成本较低。

技术领域

本公开涉及材料领域，具体地，涉及一种用于锂离子电池的正极材料、制备该正极材料的方法和含有该正极材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池(Lithium-ion batteries,LIBs)作为当今重要的电动汽车和电子器件的组成部件，已经全面地融入人们的日常生活中。其中，层状LiCoO₂和三元高镍等正极材料占据当下大量市场份额，但其自身的一些缺陷也一定程度限制了其发展，尤其是钴和镍高昂的成本、原材料对环境的污染、对应正极材料的能量密度受限、市场对电池安全性的担忧等。考虑到经济性和环境友好性等条件，在正极材料中大量利用锰元素的手段再次受到广泛关注，同时其具有满足高能量密度的巨大潜力。产业化角度来看，成本、能量密度、循环性能和安全性等因素对于锂电至关重要，对于锂-过渡金属基层状氧化物而言，过渡金属的选择最常用的有Mn、Ni、Co三种，而Mn具有如下最明显的优势：(1)Mn(950ppm)在地壳中的含量是高出其他两种(Ni：84ppm，Co：25ppm)数十倍，进而导致的原材料价格仅为镍和钴两种原材料的～7％和～1.4％；(2)锰因为其独特的原子/电子结构，衍生了如Li₂MnO₃等具有氧阴离子参与反应(Oxygen anionic redox,OAR)的高容量、高能量密度的富锂层状氧化物材料(Li-rich layered oxides，LLOs)；(3)Mn具有较低的原子质量，因而使LiMnO₂的理论容量高于LiCoO₂和LiNiO₂；(4)Mn相对于Ni和Co的毒性低，具有环境友好的特点。

因此，开发高容量、低成本的锰基正极材料是未来发展的一个重要趋势。

发明内容

本公开的目的是提供一种用于锂离子电池的正极材料、一种锂离子电池的正极材料的制备方法和一种锂离子电池，解决现有技术中三元正极材料成本高、容量低的问题。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供了一种用于锂离子电池的正极材料，所述正极材料的化学式为aLi₂MnO₃·(1-a)Li₄Mn₅O₁₂，其中，0a1。

根据本公开，其中，所述正极材料为单晶颗粒和/或多晶颗粒，所述单晶颗粒的粒径为1-5μm，所述多晶颗粒的粒径为1-20μm。

根据本公开，其中，所述正极材料的比表面积为1.0-10m²/g，密度为3.5-4.0g/cm³。

本公开第二方面提供了第一方面所述正极材料的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

S1、将第一物料和第二物料均匀混合，烧结形成基体材料；

S2、将所述基体材料进行粉碎和筛分，筛分后得到所述正极材料。

根据本公开，其中，所述第一物料包括LiOH、LiNO₃、LiAC、LiCl和Li₂CO₃中的至少一种；

所述第二物料包括MnCO₃、Mn(OH)₂、MnO、Mn₂O₃、Mn₃O₄、MnO₂、MnAC₂和Mn(NO₃)₂中的至少一种。