[发明专利]一种电池正极材料及其高温固相合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料。 

背景技术

高温固相法合成LiMn2O4是现在电池企业普遍运用的方法，该方法合成条件、工艺简单，容易控制,合成的为尖晶石LMO结构，比容量125mAh/g.传统固相合成方法将锂的氢氧化物（或碳酸盐、硝酸盐、醋酸盐）和猛的氧化物（碳酸盐、醋酸盐、氢氧化物）充分混合，在高温下煅烧合成。 

由于Li源和Mn源在固相法反应时未充分接触，导致合成产物纯度不高，合成产物电化学性能不够理想，特别是在锂电池放电后期Mn³⁺的浓度较高，在粒子表面易发生歧化反应：2Mn³⁺(固态)→Mn⁴⁺（固态）+Mn²⁺（液态），产生的Mn²⁺溶于电解液，泰勒效应加剧。这使得LMO容量严重衰减，缩减了电池的使用寿命。另一方面，在放电后期，由于锂的不均匀沉淀，会产生枝晶结构的突起，这种突起容易刺穿隔膜，产生短路现象，这有极大地安全隐患，再则，合成LiMn₂O₄导电性能差，使得锂离子不能正常的脱嵌和脱出，合成LiMn2O4在大电流充放电时，电化学性能不理想。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种性能更加优越的电池正极材料； 

本发明的另一目的是制备上述材料的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现： 

    一种电池正极材料，其化学式为LiAl_xLa_yMn_2-x-yO₄，其中，x=0.04或0.08；y=0.04或0.08。

上述的电池正极材料的高温固相合成方法， 

1）正极物质的制备：将锂源、锰源、La的氧化物和Al₂O₃分别按物质的量比例n(Li)：n(Mn)：n(Al)：n(La)=1.2（制备过程中有LI源的损失，故要加入过量的锂源）：2-x-y：x：y，其中，x=0.04或0.08；y=0.04或0.08，混合均匀，并在行星球磨机研磨0.5-2小时，放在气氛炉中300-450℃预加热4-6h，升温速率5-10℃/min，随炉冷却，再升温700-750℃煅烧50-72h，升温速度为5-10℃/min，降温至室温，降温速度4--7℃，得黑色电极材料，

    其中，所述锂源为锂的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐或醋酸盐，所述锰源为锰的氧化物、碳酸盐、醋酸盐或氢氧化物，所述La的氧化物为La₂O₃；

    2）浆料的制备：将步骤1）中得到的正极物质与导电剂充分研磨混合加入到NMP中，搅拌混合均匀后，加入粘结剂，搅拌成浆状，其中正极物质：导电剂：粘结剂质量比为(80±10):(10±5):(10±5)。

优选的，所述锂源选用醋酸锂，所述锰源选用醋酸锰。 

本发明的有益效果： 

现阶段锂电池企业都采用高温固相合成法，合成正极物质容量可观，但是在循环性能上：经过50次循环容量都会下降110mAh/g。还会存在一定的安全隐患，这些都严重阻碍了锂电池的市场化进程。本发明提供的电池正极材料LiAl_xLa_yMn_2-x-yO₄，Al离子掺杂能提高尖晶石结构的稳定性，合成的物质导电性增强，La离子的加入可减小放电后期Mn³⁺的浓度，拓宽了Mn³⁺的放点平台。所合成物质在循环性能上更加优越。经过300次循环，容量保持率为93%。能经受5C的大电流充放电。这使得电池的使用寿命延长20%,使用条件更加广泛，消除了电池的安全隐患。

    本发明合成的锂电池正极材料LiAl_xLa_yMn_2-x-yO₄高容量，循环性能优越，能大电流充放电。应用在手机，电脑，可移动电源等各类便携式设备和汽车，潜艇，航天器等各类在特殊环境下工作的仪器中。一方面能提高电池使用寿命，增加了设备续航时间，另一方面能经受特殊环境的考验。更重要的是：电池安全性能有所改善。  

附图说明