[发明专利]一种锂离子电池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，具体涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于高能量密度、高输出电压、高安全性和长使用寿命等特性，在便携式电子设备和新能源汽车领域得到广泛应用。锂离子电池中正极材料的制备方法影响着正极材料的结构、形貌和性能等，进一步影响锂离子电池的电化学性质，如电池的充放电容量和循环稳定性。提高锂离子电池的能量密度、容量保持率和安全性以满足大功率电池的使用要求是目前研究的热点。

采用高充电截止电压的正极材料是提高电池放电容量和能量密度的一个重要途径。尖晶石型镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)正极材料由于4.7V vs.Li⁺/Li的平均放电电压平台，结构稳定性，147mAh/g的理论比容量和650Wh/kg的能量密度，有望在消费电子产品、电动工具和电动汽车领域得到推广。但是，LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料在高截止充电电压容易与电解液发生一系列副反应，造成金属锰的溶解，破坏正极材料的结构，极大地降低锂离子电池的容量保持率，导致循环充放电时的放电比容量衰减严重。

LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的制备与改性方法不同，所得材料的形貌和结构，以及对于锂离子电池电化学性能的影响也不同。现有制备锂离子电池LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的方法主要是共沉淀法。共沉淀法是采用不同的沉淀剂/金属离子比例，控制金属离子按照化学计量比沉淀，最终烧结制得粉体材料。共沉淀法虽然操作简单、可大规模生产、应用范围广，但所得材料的组成、粒径和化学计量比不易控制，纯度不高，影响电池循环特性和倍率特性的提高。

常见的改良方法是离子掺杂，即通过引入外来金属或非金属离子，调节材料内部的电荷分布和晶胞参数，从结构内部改变材料的物理和电化学性质。离子掺杂改性正极材料虽然能达到提高电池电化学性能的作用，但是提高幅度不大，容易造成非化学计量比缺陷，不利于电池循环性质的提高，电池的容量衰减严重。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为减少LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料在循环过程中的容量衰减，本发明提供了一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

该锂离子电池复合正极材料，内部为LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料，外层包覆Cr₂O₃；通过水热反应法将Cr₂O₃包覆于LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料外层，形状为颗粒直径15～20μm的球形，其形貌均匀，结构稳定，组分可控，放电比容量高，循环稳定性和容量保持率提高，用于锂离子电池的正极材料。

上述锂离子电池复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将镍源、锰源按照1:2.8～3的摩尔比溶解，搅拌均匀得到混合物；

步骤2、加入尿素至步骤1所得混合物中，溶解完全后，转移至水热反应釜中，在烘箱中180℃～200℃加热12～15h，洗涤，烘干，得到前驱物；尿素的添加量为镍和锰总摩尔量的1～3倍；

步骤3、将步骤2所得前驱物置于马弗炉中，于350～500℃烧结3～10h，升温速度为5～10℃/min，然后自然降至室温，得到前驱体氧化物；

步骤4、按照LiNi_0.5Mn_1.5O₄中锂源过量1％～5％的摩尔比，将锂源与步骤3所得前驱体氧化物混合，置于马弗炉中，750～900℃烧结6～15h，升温速度为5～10℃/min，然后自然降至室温，得到LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料；