[发明专利]锂电池、锂电池正极材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种锂电池、锂电池正极材料及其制作方法。

背景技术

相对于传统电池，如铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，自90年代初由索尼公司开发出来后，锂离子电池已经在人们的生活中得到广泛的应用，如便携式电子产品、新能源交通工具及储能等领域。随着锂离子电池技术的发展，要求锂离子电池具有高能量密度、高功率、低成本等特点。锂离子电池的成分组成一般包括：正极材料、负极材料、电解液、隔膜，其中正极材料的性能是影响锂离子电池综合性能的关键因素。目前，商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂（LiCoO₂）正极材料、锰酸锂（Li₂MnO₄）正极材料、三元材料正极材料、磷酸铁锂正极材料。但是，上述正极材料都有各自的缺点：

LiCoO₂正极材料具有成本高、环境污染严重等缺点，且截止电压超过4.4V以上，材料结构不稳定，循环、安全性能变差的缺点；

Li₂MnO₄正极材料的高温循环与储存性能欠佳；

三元材料正极材料压实密度偏低，其倍率性能与安全性能较低；

磷酸铁锂正极材料放电比容量不高，振实密度偏低，且产品存在较严重的一致性问题。

为了解决上述问题，提出了一种富锂多元正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中，M为Mn，Ni，Co、Al、Cr、Fe、Mg等中的至少一种，0＜x＜1。富锂多元正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂中的Li₂MnO₃组分具有重要的作用，不但可以起到稳定材料结构的作用，同时在高电压下可以提供额外的容量。但是，当截止电压小于4.5V时，富锂多元正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂的放电容量较低；而当截止电压大于等于4.5V时，虽然可以获得200mAh/g以上的可逆容量，但是材料的倍率性能和循环性能欠佳。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种锂电池、锂电池正极材料及其制作方法，解决现有锂电池正极材料在截止电压小于4.5V时放电容量低，而当截止电压大于4.5V时倍率性能和循环性能差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种锂电池正极材料,所述锂电池正极材料为Li_1+a[Mn_b(Mn_xM_1-x)_1-b]O₂；

所述a的取值为0<a<1，所述b的取值为0<b<1，所述的x的取值0≤x≤0.5；

所述M为Co、Ni、Al、Ti、Fe、Mg、Cr中的至少一种。

在本发明的一种实施例中，所述锂电池正极材料为球形或类球形颗粒，单个颗粒由内核和覆盖所述内核的外壳组成。

在本发明的一种实施例中，所述外壳厚度为5-2000nm。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种锂电池正极材料制备方法，包括：

制备球形或类球形[Mn_xM_1-x](OH)₂或[Mn_xM_1-x]CO₃，其中，所述M为Co、Ni、Al、Ti、Fe、Mg、Cr中的至少一种，x的取值为0≤x≤0.5；

制备溶胶状的Mn基壳层凝胶材料；

将所述球形[Mn_xM_1-x](OH)₂或[Mn_xM_1-x]CO₃与所述溶胶状的Mn基壳层凝胶材料混合；然后通过焙烧、退火处理，得到锂电池正极材料Li_1+a[Mn_b(Mn_xM_1-x)_1-b]O₂，所述a的取值为0<a<1，所述b的取值为0<b<1。