[发明专利]富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法

摘要

本发明公开了一种富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域。富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1‑a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1‑a)LiNi0.5Mn0.5O2，其中0.01≤a≤0.3。正极材料包括上述富锂锰材料。正极片涂覆上述正极材料。锂离子电池正极材料活性物质为上述富锂锰材料，负极材料活性物质为SiO/C复合材料。本发明缓解了现有正极材料比容量不高、首次效率低以及负极材料库伦效率低、循环性能差的缺陷。本发明的锂离子电池通过正、负极材料的相互配合，得到的锂离子电池具有高比能量和高安全性，电池能量密度大于320Wh/kg。

主权项

1.一种富锂锰材料，其特征在于，所述富锂锰材料的分子式为aLi₂MnO₃·(1‑a)LiNi_0.5Mn_1.5O₄·(1‑a)LiNi_0.5Mn_0.5O₂，其中0.01≤a≤0.3。

2.按照权利要求1所述的富锂锰材料，其特征在于，所述富锂锰材料的分子式为aLi₂MnO₃·(1‑a)LiNi_0.5Mn_1.5O₄·(1‑a)LiNi_0.5Mn_0.5O₂，其中0.05≤a≤0.2；

优选地，所述富锂锰材料的分子式为aLi₂MnO₃·(1‑a)LiNi_0.5Mn_1.5O₄·(1‑a)LiNi_0.5Mn_0.5O₂，其中0.05≤a≤0.15；

优选地，所述富锂锰材料的D50为6～15μm，比表面积为0.15～0.85m²/g。

3.包括权利要求1或2所述的富锂锰材料的锂离子电池正极材料。

4.按照权利要求3所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料包括富锂锰材料、正极导电剂和正极粘结剂，富锂锰材料、正极导电剂和正极粘结剂的质量比为(89～96)：(1～4)：(3～7)；

优选地，正极导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或几种；

优选地，正极粘结剂包括聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶型橡胶、氟类橡胶或乙烯丙烯二烯橡胶中的一种或几种，优选聚偏氟乙烯。

5.涂覆有权利要求3或4所述的锂离子电池正极材料的锂离子电池正极片。

6.包括权利要求1‑2任一项所述的富锂锰材料、权利要求3‑4任一项所述的锂离子电池正极材料或权利要求5所述的锂离子电池正极片的锂离子电池。

7.按照权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，包括所述的锂离子电池正极片、负极片、介于正负极片之间的隔膜以及电解液；

所述负极片涂覆有锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料的活性物质为SiO/C复合材料。

8.按照权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，SiO/C复合材料的D50为3～15μm，比表面积为0.5～6m²/g；

优选地，所述锂离子电池负极材料包括SiO/C复合材料、负极导电剂和负极粘结剂，SiO/C复合材料、负极导电剂和负极粘结剂的质量比为(89～97)：(1～4)：(2～7)；

优选地，负极导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或几种；

优选地，负极粘结剂包括海藻酸钠、海藻酸锂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的一种或几种，优选海藻酸锂；

优选地，电解液包括电解质和溶剂；电解质为锂盐；

优选地，锂盐在电解液中的摩尔浓度为1.2～2.0mol/L；

优选地，锂盐包括LiPF₆、LiBF₄、LiTFSI、LiNO₃、Li₂CO₃、LiCl、LiCF₃SO₃、LiFSI、LiClO₄、LiBOB、LiDFOB或LiAsF₆中的一种或几种，优选LiPF₆；

优选地，溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、N,N‑二甲基乙酰胺、氟代碳酸乙烯酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、γ‑丁内酯、四氢呋喃、2‑甲基四氢呋喃、1,3‑二氧环戊烷、4‑甲基‑1,3‑二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2‑二甲氧基丙烷、三乙二醇二甲醚、二甲基砜、二甲醚、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯或冠醚(12‑冠‑4)中的一种或几种；优选溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的混合溶剂；

优选地，电解液中还包括添加剂；添加剂在电解液中的质量分数为0.1～20％，优选2～5％；

优选地，添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3‑丙磺酸内酯、1,4‑丁磺酸内酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、硫酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、二甲基亚硫酸酯、二乙基亚硫酸酯、亚硫酸亚乙酯、氯代甲酸甲酯、丁二酸酐、二甲基亚砜、苯甲醚、乙酰胺、二氮杂苯、间二氮杂苯、12‑冠醚‑4、18‑冠醚‑6、4‑氟苯甲醚、氟代链状醚、二氟代甲基碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、溴代碳酸乙烯酯、三氟乙基膦酸、溴代丁内酯、氟代乙酸基乙烷、磷酸酯、亚磷酸酯、磷腈、乙醇胺、碳化二甲胺、环丁基砜、1,3‑二氧环戊烷、乙腈、长链烯烃、三氧化二铝、氧化镁、氧化钡、碳酸钾、碳酸钙、二氧化碳、二氧化硫或碳酸锂中的一种或几种；

优选地，电解液中含有0.2～5wt％的氟代碳酸乙烯酯，和/或，0.2～3wt％的碳酸亚乙烯酯，和/或，0.2～5wt％的丁二酸酐。

9.一种权利要求6‑8任一项所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，将正极片、负极片和隔膜进行组装，并注入电解液，得到锂离子电池。

10.按照权利要求9所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)制备正极片：将富锂锰材料、正极导电剂和正极粘结剂及溶剂混合制成正极材料浆料，经涂布、干燥、辊压和裁片制成锂离子电池正极片；

b)制备负极片：将SiO/C复合材料、负极导电剂和负极粘结剂及溶剂混合制成负极材料浆料，经涂布、干燥、辊压和裁片制成锂离子电池负极片；

c)配制电解液：将锂盐溶于溶剂中，加入添加剂，混合得到电解液；

将步骤a)得到的正极片、步骤b)得到的负极片以及隔膜进行组装，并注入步骤c)得到的电解液，得到锂离子电池；

优选地，锂离子电池的制备方法还包括将组装注液后的锂离子电池进行预充活化处理的步骤；

优选地，预充活化处理包括第一预充电处理、第二预充电处理、循环充放电处理和抽气处理；

第一预充电处理的预充电截止电压为3.7～4V，预充电流为0.01～0.2C；第二预充电处理的预充电截止电压为4.5～4.7V，预充电流为0.01～0.2C；循环充放电处理的充放电循环次数为1～6次，充放电截止电压为2～4.7V，充放电电流为0.05～1C。