[发明专利]用于锂离子二次电池的正极材料及其制备方法、锂离子二次电池正极和锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，特别涉及一种用于锂离子二次电池的正极材料及其制备方法、锂离子二次电池正极和锂离子二次电池。

背景技术

当前，人类正面临着资源估计和生存环境恶化的双重挑战。为此，世界各国正在努力研发新材料，推进低碳生活的新理念，促进人类社会由目前的高能耗、高消耗生活生产方式转向节能型、可循环的可持续发展方式。具体为大力推广清洁能源的应用，如太阳能、风能在发电领域的应用，以及使用混合动力汽车或纯电动汽车代替目前使用汽油的传统汽车。

清洁能源和新型汽的应用均离不开中大型储能电池和动力电池。在众多储能电池和动力电池中，锂离子二次电池由于具有较高的能量密度和较长的使用寿命，已经逐渐取代传统的镍氢/镍镉二次电池，其在新能源汽车、风电储能和太阳能储能等新兴领域拥有巨大发展前景。

锂离子二次电池包括正极、负极、设置在正极与负极之间的隔膜和电解液。其中，正极包括基体和涂覆在该基体上的涂覆材料，涂覆材料包括正极材料(正极活性物质)、导电材料和粘结剂。其中，正极材料是锂离子二次电池的关键原材料，由于正极材料在锂离子二次电池中占有较大的重量比，因此正极材料性能决定了电池的体型、安全性和电学性能。

现有的锂离子二次电池用正极材料主要是钴酸锂，钴酸锂具有较高的比容量和较好的循环特性。但是，由于钴元素在地壳中的丰度低，属稀缺金属，因此价格昂贵，由此也导致此种材料的成本较高。此外，钴元素还具有一定的毒性，由钴酸锂制备的电池废弃后，对环境的危害较大。因此，需要提供一种价格较为低廉且环保性能较好的正极材料。

对于锂离子电池正极材料而言，无论是锂离子从正极材料晶格中脱出(相对应的是充电过程)，还是嵌入到晶格中(相对应的是放电过程)，正极材料中的过渡金属都会发生相应的价态变化。目前的正极材料，如钴酸锂，在充放电过程中，最多只有一个电子转移，而铬具有+3，+5，+6等多个价态，若能够实现铬在不同价态间进行可逆变化，必然可以脱出或嵌入的锂离子的量大大增加，从而增加正极材料的比容量。

另外，尽管铬具有一定毒性，但是其毒性通常是在高氧化态的情况下表现出来的，而废旧的锂离子电池因为已经没有容量，正极材料中的过渡金属处在还原态，因此并不会对环境造成很大的影响。同时，相对于钴，我国铬矿储量较高，成本较低。鉴于基于上述三点，本发明考虑选择了在正极材料中使用多价态的铬，由此制备出电学性能较好、成本较低和环保性较好的正极材料。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于锂离子二次电池的正极材料及其制备方法，本发明提供的制备的正极材料具有较好的电学性能，成本较低且环保性好。

有鉴于此，本发明提供一种由通式Li_(4-x-y)/3Mn_4-4x-yCr_xNi_y/2O₂(I)表示的正极材料，通式(I)中，0＜x≤0.5，0≤y≤0.35。

相应的，本发明还提供一种上述正极材料的制备方法，包括：

a)、采用液相混合法，将锂源化合物、锰源化合物、镍源化合物和铬源化合物按比例混合均匀，得到混合溶液；

b)、对所述混合溶液进行喷雾干燥处理，得到前躯体粉末；

c)、将所述前躯体粉末进行热处理，得到正极材料。

优选的，还包括：

d1)、将热处理后的粉末进行水洗。

优选的，还包括：

d2)、将热处理后的粉末在液氮中淬火。

优选的，所述热处理的温度为800℃～1000℃。

优选的，所述热处理的时间为15小时～20小时。

优选的，步骤a具体为：将水溶性锂源化合物、水溶性镍源化合物、水溶性锰源化合物和水溶性铬源化合物溶于水中，得到混合溶液。

优选的，所述水溶性锂源化合物为醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂或碳酸锂，所述水溶性镍源化合物为醋酸镍、硝酸镍、氯化镍或硫酸镍，水溶性锰源化合物为醋酸锰、硝酸锰、氯化锰或硫酸锰，所述水溶性铬源化合物为硝酸铬。

本发明还提供一种锂离子二次电池正极，包括基体和置于基体表面的涂覆材料，所述涂覆材料包括：上述正极材料、导电材料和粘接剂。

本发明还提供一种锂离子二次电池，包括：上述锂离子二次电池正极、负极、设置在正极和负极之间的隔膜和电解液。