[发明专利]一种复合正极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，涉及一种复合正极材料、其制备方法和锂离子电池， 尤其涉及一种LiAlO₂-LiMnPO₄/C复合正极材料、其制备方法和包含所述复合正极材料的锂离 子电池。

背景技术

动力锂离子电池是目前电动汽车的核心部件，能量密度、倍率性能、成本、安全性和循 环寿命是衡量正极材料商业化的关键指标。目前已商业化的正极材料主要有三元材料电池、 锰酸锂电池与磷酸铁锂电池，这三类正极材料在这五方面都不具有绝对优势导致动力锂离子 电池材料发展出现了瓶颈。三元系电池材料虽然能量密度高，但价格偏高，工艺上对环境和 技术要求高，热稳定性较差，存在较大的安全隐患；锰酸锂电池价格相对便宜，但其高温循 环差引起的里航削减问题已经慢慢凸显；磷酸铁锂电池循环寿命长，但能量密度低，导致磷 酸铁锂电动汽车续驶里程较短。综上，考虑到高低温性能、循环寿命、价格和安全性等影响 因素，当前商业化的三种电池均不可能成为未来纯电动车的理想选择。因此，研究开发下一 代具有更高能量密度、长寿命、廉价且安全的新型动力锂离子电池正极材料是发展的必然。

在目前所报道的正极材料中，磷酸锰锂正极材料具有4.1V的高电位，比磷酸铁锂提高 0.7V，磷酸锰锂电池的能量密度较磷酸铁锂提高约20％，约170Wh·kg^-1，且磷酸锰锂价格更 便宜。与锰酸锂相比，磷酸锰锂具有相近的工作电压，但能量密度更高，高温循环寿命更长。 与三元材料相比，磷酸锰锂具有相似的能量密度，但更安全、价格更低。因此磷酸锰锂正极 材料的研究引起的广泛的关注。

但是，磷酸锰锂正极材料的电子和离子导电性较差，导致其大倍率充放电性能较差。近 年来，通过表面材料颗粒纳米化、离子掺杂、碳包覆或者金属及含锂氧化物包覆等手段已明 显改善LiMnPO₄的电化学性能。例如，CN102931400A公开了一种纳米级锂离子电池复合正 极材料LiMnPO₄/C的合成方法；CN103000888A公开了一种锂离子电池复合正极材料 LiMnPO₄-Li₃V₂(PO₄)₃/C及其制备方法；CN103199247A公开了一种具有多层次导电网络的锂 离子电池复合正极材料的制备方法；CN103337628A公开了一种锂离子电池正极材料纳米磷 酸锰锂的合成方法；CN101944597A公开了一种炭气凝胶包覆LiMnPO4/C的制备方法；CN 104091946A公开了一种溶剂和碳源一体化合成LiMnPO4/C的方法；CN103515599A公开了 一种磷酸锰锂和碳纳米管纳米复合材料的制备方法。

具有纳米层状结构的LiAlO₂是一种快离子导体，具有高的比表面积和锂离子导电性，可 提供锂离子扩散通道，降低锂离子扩散路径。CN104241636A公开了一种表面包覆LiAlO₂的锂离子电池锰系正极材料及其制备方法。

但是，将LiAlO₂与LiMnPO₄复合用作正极材料，还有待于进一步研究。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种复合正极材料、其制备方法及锂 离子电池，所述复合正极材料采用铝酸锂多孔纳米片快离子导体为复合材料，其作为锂离子 电池正极的循环性能和安全性能显著提高，能够广泛应用于锂离子电池领域。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

如无特殊说明，所述“wt.％”均指质量百分含量，所述复合正极材料可用 LiAlO₂-LiMnPO₄/C表示。

本发明的目的之一在于提供一种复合正极材料，所述复合正极材料包括铝酸锂(LiAlO₂) 和磷酸锰锂(LiMnPO₄)和微量的碳(C)，所述磷酸锰锂负载在铝酸锂表面，所述铝酸锂的 质量占磷酸锰锂质量的0.1-10wt.％，所述铝酸锂为尺寸大小为5-10μm的六方形片，其晶相为 α-LiAlO₂；所述磷酸锰锂为一次颗粒大小为50-200nm的柱状或类球状。

所述尺寸大小是指长、宽和高的大小；所述一次颗粒大小是指晶粒大小。