[发明专利]用于锂离子电池的复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池用复合正极材料的制备方 法，具体涉及二氧化锰复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因为其自身能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优势，发展 的愈发迅猛，应用范围也越来越广泛，如数码产品、动力电池、电动工具等等。 但相比负极材料和电解质的技术发展而言，正极材料发展相对滞后，是制约锂离 子电池性能发展的主要因素，因此研究开发高性能的正极材料成为关键。

目前市场上主要使用的锂离子电池正极材料有磷酸铁锂(LiFePO₄)、钴酸锂 (LiCoO₂)、镍锰酸锂材料、锰酸锂(LiMn₂O₄)等含锂的复合金属氧化物。

磷酸铁锂(LiFePO₄)材料具有橄榄石晶体结构，其理论容量为170mAh/g， 优点在于电压平台稳定并低于大多数电解液的分解电压，保证了环保安全；但是 缺点是受制于技术瓶颈，磷酸铁锂电池一致性和单位能量密度较低，其导电性能 差、低温稳定性差。相关研究有武汉理工大学(CN103956493A)通过碳包覆提 高导电性，提高其储能性。

商业化的钴酸锂以层状结构为主，其理论容量为274mAh/g，实际容量可能 只有一半。其优点在于工作电压较高(3.7V)、电导率高；不过缺点也显而易见， 钴酸锂的过充不安全性导致其循环性能差，存在一定的安全隐患；钴资源含量不 丰富，价格昂贵，也不环保，因此只能应用于小型消费品电池领域。目前改进方 法一般是通过掺杂和包覆，比如专利CN103825021A就是将Nd、Al等元素掺杂 到钴酸锂中以提高其活性和稳定性。

镍锰酸锂属于尖晶石结构，理论克容量接近150mAh/g，优点是导电性好， 电压平台高(4.7V)，能量密度高，安全性好；缺点在于高电压下电解液易氧化 分解，材料易衰减，不稳定。目前研究如苏州路特新能源科技有限公司 (CN103794777A)采用金属氧化物表面包覆镍锰酸锂，可显著提升其循环性能 和倍率性能。

市场上的锰酸锂以尖晶石结构为主，其理论容量为148mAh/g，新型层状结 构的锰酸锂理论容量可增加到286mAh/g，优点在于性能好，原料丰富，工艺简 单，但缺点在于材料会缓慢溶解于电解质中，深度充放电时会发生晶格畸变，导 致易衰减，结构不稳定，循环性能差。目前解决办法一般是掺杂和包覆，比如上 海电气集团股份有限公司(CN103996840A)通过金属氧化物包覆锰酸锂，改善 高温循环性能，提高稳定性。

二氧化锰资源丰富，价格低廉。如果一个锰离子传递两个电子，理论克容量 可达到615mAh/g，是一种理想的电池正极材料之一。不过其自身不稳定，电导 率也不高。很多研究是以二氧化锰做原料制备锰酸锂等正极材料，比如江苏金和 源新材料有限公司(CN103633314A)以二氧化锰和碳酸锂为原料制备锰酸锂， 再进行表面包覆和掺杂。但是锰酸锂理论比容量只有148mAh/g，能量密度较低， 循环性能及电化学性能不稳定进而限制其产业化。

发明内容

为了解决上述现有材料中存在的问题，本发明提供一种容量高、价格低廉、 稳定性好的二氧化锰复合正极材料及其制备方法。一种用于锂离子电池的复合正 极材料，所述复合正极材料通过二氧化锰与导电子导离子正极材料混合后焙烧而 成；所述焙烧过程中二氧化锰与导电子导离子正极材料不发生化学反应。