[发明专利]一种动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料，该正极材料包括以下部分：

芯材和

包覆层，

其中，所述芯材由式Ⅰ所示：

Li_1+xMn_2-y-zA_yQ_zO₄

式Ⅰ

在所述式Ⅰ中，金属元素A选自Al、Mg、Co中的一种或多种，金属元素Q选自Al、Mg、Co、Nb、Cr中的一种或多种，

在所述式Ⅰ中，0≤x≤0.2，0<y≤0.18，0<z≤0.1，且，0<y+z≤0.2，1≤y/z≤10，

所述包覆层在所述芯材表面，所述包覆层为四氧化三钴、三氧化二铝、氧化亚镍中的一种或多种，包覆层中金属元素的摩尔量之和与芯材的摩尔量之比为金属元素：芯材＝0.003～0.15:1。

2.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述包覆层中金属元素的摩尔量之和与芯材的摩尔量之比为金属元素：芯材＝0.015～0.09:1，或/和所述金属元素Q为Al、Cr或Mg与Nb的组合，或/和0.1≤x≤0.2，或/和0.05≤y+z≤0.15，或/和1≤y/z≤3。

3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其中，所述正极材料为球形颗粒，球形颗粒状的正极材料的中位径为5～20微米，优选8～12微米。

4.一种制备权利要求1～3中任一项所述的正极材料的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、正极材料的前驱体的制备：

1)将锰的可溶性盐与含有元素A的可溶性盐配制成混合水溶液加入到反应器中，混合水溶液的总摩尔浓度为1～3mol/l，控制锰的可溶性盐与含有金属元素A的可溶性盐的投料比，使得锰的可溶性盐中的锰元素与含有金属元素A的可溶性盐中金属元素A的摩尔比为Mn：A＝(2-y-z)：y，0<y≤0.18，0<z≤0.1，且，0<y+z≤0.2，1≤y/z≤10，

其中，锰的可溶性盐选自硫酸锰、硝酸锰中的一种或多种，含有金属元素A的可溶性盐选自含有金属元素A的硫酸盐、硝酸盐、盐酸盐中的一种或多种，所述金属元素A为Al、Mg和Co，

2)在搅拌情况下，向步骤1)中所述的反应器中分别同时添加氢氧化钠水溶液和氨水溶液，反应6～20小时，同时，控制体系的pH为8～10，体系的反应温度为40～60℃，此时不断沉淀产出含有锰元素和金属元素A的氢氧化物的共沉淀物，

其中，氢氧化钠水溶液的浓度为1～5mol/l，氨水溶液的浓度为1～5mol/l，氢氧化钠水溶液与氨水溶液进料速度比为3:1～2:1。

3)将步骤2)中得到的共沉淀物在100～120℃下干燥，获得体相掺杂有金属元素A的球形四氧化三锰，即正极材料的前驱体；

步骤二、由式Ⅰ所示的芯材的制备：

1)将步骤一中所得前驱体、与锂源以及含有金属元素Q的氧化物混合，磨碎，混合均匀，其投料比为使得前驱体中的A元素的摩尔量、锂源中Li元素摩尔量、含有金属元素Q的氧化物中的Q元素的摩尔量之比为A：Li：Q＝y：(1+x)：z，0≤x≤0.2，0<y≤0.18，0<z≤0.1，且，0<y+z≤0.2，1≤y/z≤10，

其中，锂源为碳酸锂、氢氧化锂和硝酸锂中的一种或多种，含有金属元素Q的氧化物为含有Al、Mg、Co、Nb、Cr的氧化物中的一种或多种，

2)将步骤1)中混合均匀的混合物在600～900℃下焙烧5～30小时，然后以1～2℃/min的速度控制降温至500℃继续焙烧，焙烧完成后，冷却，粉碎，筛分，获得由式Ⅰ所示的芯材，

步骤三、正极材料的制备：

1)将由式Ⅰ所示的芯材与含有金属元素的添加剂M混合均匀，投料比为使得含有金属元素的添加剂M的摩尔量与芯材的摩尔量之比为M：O＝0.001～0.05：1，

其中，含有金属元素的添加剂M为碳酸钴、氢氧化钴、铝粉、氧化亚镍中的一种或者多种，所述添加剂的中位粒径小于3微米，

2)将步骤1)中混合均匀的混合物在400～800℃的温度下热处理2～15h，冷却，筛分后，获得正极材料，即动力锂离子电池用高温型锰酸锂正极材料。