[发明专利]二次电池的正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，更具体地说，涉及一种二次电池的正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着资源的日益枯竭和全球气候变暖等问题的突显，绿色低碳的生活方式受到了倡导。电动车及混合电动车的研究和发展可以部分代替消耗化石燃料的内燃机汽车，是解决能源危机及环境恶化的主要方法之一。驱动电源是影响电动车推广使用的关键部件，如今广泛使用的驱动电源包括铅酸电池，镍氢/镍镉、锂离子电池等二次电池。二次电池是指，在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。在各种二次电池中，锂离子电池由于具有能量密度高，循环性好，自放电率低、使用寿命长和环境负担小等优点，得到了广泛的研究。

锂离子电池中使用的正极材料包括钴酸锂正极材料、镍钴酸锂正极材料、磷酸盐体系正极材料、锰酸锂正极材料和LiN_0.5Mn_1.5O₄等。对于钴酸锂正极材料，由于钴元素在地壳中的丰度低，因而价格较高，此外，钴元素还具有一定的毒性，废弃后对环境危害较大，因此钴酸锂正极材料存在成本高、废弃后污染环境、安全性能较差等问题；镍钴酸锂容量比钴酸锂有所提高，但合成成本高，过充电时存在安全问题；磷酸盐体系可降低成本，具有充电稳定性和安全性优势，但能量密度低，电子导电性差，并且制备工艺复杂。

作为一种重要的正极材料，尖晶石结构的锰酸锂LiMn₂O₄，具有安全性好、价格低，环保等优点。但是，锰酸锂的可逆容量较低，并且，其工作电压较低，为4.1V左右，从而以该锰酸锂为正极材料的锂离子电池的功率密度较低。本发明考虑，开发一种新型二次电池的正极材料，该正极材料具有较高的工作电压，有助于提高锂离子电池的功率密度。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种二次电池的正极材料及其制备方法，该方法制备的二次电池的正极材料具有较高的工作电压。

本发明提供一种通式为Li_2+2xMn_0.6+xNi_0.6-3xCr_0.8O₄的化合物，其中，0＜x≤0.2。

本发明还提供一种二次电池的正极材料，包括通式为Li_2+2xMn_0.6+xNi_0.6-3xCr_0.8O₄的化合物，其中0＜x≤0.2。

优选的，0.1≤x≤0.2。

本发明还提供一种二次电池的正极材料的制备方法，包括：

步骤a)将锂源化合物、锰源化合物、镍源化合物和铬源化合物在溶剂中混合，在150～300℃反应，所述锂、锰、镍和铬的摩尔比为2～2.4∶0.6～0.8∶0～0.6∶0.8；

步骤b)将步骤a)得到的反应产物干燥、研磨，然后在300～400℃下退火，得到中间体；

步骤c)将所述中间体在700～1000℃下煅烧，得到二次电池的正极材料。

优选的，所述锂、锰、镍和铬的摩尔比为2.2～2.4∶0.7～0.8∶0～0.3∶0.8。

优选的，所述步骤a)的反应温度为180～250℃。

优选的，所述步骤a)的反应时间为8～20小时。

优选的，所述步骤b)的干燥温度为100～150℃。

优选的，所述步骤b)的退火时间为3～10小时。

优选的，所述步骤c)的煅烧时间为10～15小时。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种二次电池的正极材料，包括通式为Li_2+2xMn_0.6+xNi_0.6-3xCr_0.8O₄的化合物，其中0＜x≤0.2。本发明还提供一种二次电池的正极材料的制备方法，该制备方法以锂源化合物、锰源化合物、镍源化合物和铬源化合物为原料，制备得到二次电池的正极材料。与现有技术中的正极材料锰酸锂相比，本发明制备的正极材料在具有尖晶石结构的同时，含有Ni离子和Cr离子。在该正极材料的尖晶石结构的八面体晶体场中，Ni离子和Cr离子的电子分布发生改变，进而产生能级劈裂，因此，本发明制备的正极材料的具有较高的工作电压。实验结果表明，本发明制备的正极材料的工作电压为4.8V。

附图说明