[发明专利]一种锰酸锂正极材料及其制备方法和锂离子电池

权利要求书

1.一种锰酸锂正极材料，其特征在于，包括一次颗粒，所述一次颗粒通过其表面的含铌化合物的粘结作用堆积形成二次颗粒；

其中，所述一次颗粒为单晶颗粒，所述一次颗粒包括球形、椭球形或类球形的多面体中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的锰酸锂正极材料，其特征在于，所述二次颗粒外观呈龟甲状；所述一次颗粒的粒径为1μm-10μm，所述二次颗粒的粒径为5μm-30μm；所述锰酸锂正极材料的比表面积小于0.8m²/g；所述锰酸锂正极材料的表面部分或全部含有含铌化合物。

3.根据权利要求2所述的锰酸锂正极材料，其特征在于，所述含铌化合物选自Nb₂O₅、LiNbO₃、Li₃NbO₄、LiNbO₂、LiNb₃O₈、Li₇NbO₆、NbM_xO_y，以及LiNb_xM_yO_z中的至少一种；其中，M为锰酸锂的掺杂元素，掺杂元素M为Al、Co、Cr、Cu、Mg、Mo、Ni、Sn、V、W、Fe、Zn、Zr、In、Ti、B、La、Ce、Lu、Y、Er和Nb中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的锰酸锂正极材料，其特征在于，所述铌元素在锰酸锂正极材料中的质量比为0.05-5%。

5.根据权利要求4所述的锰酸锂正极材料，其特征在于，所述锰酸锂正极材料中的锰酸锂具有如下化学式：Li_xMn_2-yM_yO₄，其中0.9≤x≤1.2，0≤y≤1.0，其中，M元素为权利要求4所述的掺杂元素。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

将锂源化合物、锰源化合物和铌源化合物混合，或将上述三种化合物与掺杂金属化合物混合，得到前驱体；将所述前驱体在氧化性气氛下烧结，通过调节制备参数，使锰酸锂的一次颗粒在生长过程中相互挤压，并通过一次颗粒表面的含铌化合物的粘结作用形成龟甲状的二次颗粒；

所述制备参数包括烧结的温度和升温速率，所述升温速率为2℃-15℃；所述烧结的温度为600℃-1200℃，烧结的时间为5h-48h。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

所述锂源化合物选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、硝酸锂和草酸锂中的至少一种；

所述锰源化合物选自氢氧化锰、二氧化锰、四氧化三锰、草酸锰、电解二氧化锰和碳酸锰中的至少一种；

所述铌源化合物包括草酸铌和/或五氧化二铌；

所述铌元素在锰酸锂正极材料中的质量比为0.05-5%；

所述混合采用的原料中还包括掺杂元素M源化合物，所述掺杂元素M源化合物为掺杂元素M的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐和草酸盐中的至少一种。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述混合的方法包括喷雾造粒、机械搅拌或球磨中的任意一种。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述氧化性气氛为氧气气氛或空气气氛。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1-6任一项所述的锰酸锂正极材料。