[发明专利]高比能正极复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高比能正极复合材料，该高比能正极复合材料的制备方法及应用该高比能正极复合材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池可提供高的能量密度，且还具有环保安全、和使用寿命长的优点。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液等组成。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，选择一种性能优异、来源广泛、且安全环保的正极材料是非常必要的。

目前应用于动力离子电池的正极材料主要是磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料。磷酸铁锂的电压只有3.2V，压实密度低，导致其单体电池的能量密度低，在组成一定电压的电池组的时候需要大量的单体电池，配组难度大且成本高。锰酸锂的电压虽然有4.0V，但是其比容量低，压实密度也不高，导致其单体电池的能量密度比磷酸铁锂电池还低。三元材料虽然具有较高的比容量，但是电压只有3.6V，对于需要配组到固定电压下的电池组，其单体电芯串联的数量也比较多，而且材料中含有钴元素，成本较高。

尖晶石型的镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)具有高达4.7V的输出电压、较高的能量和功率密度、结构稳定性好、循环寿命长、不含钴元素，可以大幅减少动力电池组的单体电池串联数量，是一种理想的动力锂离子电池正极材料。但是在高电压的情况下，镍锰酸锂正极材料会与电解液发生副反应，阻碍锂离子的脱嵌，导致电池的循环性能差、容量衰减快，从而降低锂离子电池的循环寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高比能正极复合材料，旨在提供一种循环性能佳、比容量高的高比能正极复合材料。

为实现上述目的，本发明提供的高比能正极复合材料包括镍锰酸锂颗粒和包覆于所述镍锰酸锂颗粒表面的富锂镍锰酸锂层。

优选地，所述富锂镍锰酸锂层含有若干包覆于所述镍锰酸锂颗粒表面的富锂镍锰酸锂颗粒，所述富锂镍锰酸锂颗粒的粒径为50～900nm。

优选地，所述富锂镍锰酸锂层为连续层。

优选地，所述富锂镍锰酸锂层包覆于所述镍锰酸锂颗粒的整个表面。

优选地，所述镍锰酸锂颗粒的粒径为2～10μm。

优选地，所述镍锰酸锂颗粒和富锂镍锰酸锂层的质量比为20:1～1:1。

本发明还提供一种高比能正极复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

制备镍锰酸锂颗粒；

制备富锂镍锰酸锂颗粒；

混合镍锰酸锂颗粒和富锂镍锰酸锂颗粒，得到混合物，对所述混合物进行机械融合处理，使得所述富锂镍锰酸锂颗粒包覆于所述镍锰酸锂颗粒的表面，于所述镍锰酸锂颗粒的表面形成富锂镍锰酸锂层，得到所述高比能正极复合材料。

优选地，制备所述镍锰酸锂颗粒的步骤包括：

提供锂源、镍源及锰源，该锂源、镍源及锰源的摩尔比为0.95～1.15：0.4～0.6：1.4～1.6；

将该锂源、镍源及锰源置于分散溶剂中，得到混合组分；

对所述混合组分进行球磨处理；

将经球磨处理后的混合组分进行烧结处理，得到所述镍锰酸锂颗粒。

优选地，制备所述富锂镍锰酸锂颗粒的步骤包括：

提供锂源、镍源及锰源，该锂源、镍源及锰源的摩尔比为1.1～1.4：0.1～0.4：0.5～0.7；

将该锂源、镍源及锰源充分溶解于溶剂中，得到混合溶液；

将所述混合溶液装入高压反应釜中，并于120～180℃的温度下加热8～50h后冷却，生成沉淀；

干燥并洗涤所述沉淀，得到所述富锂镍锰酸锂颗粒。

本发明还提供一种锂离子电池，包括正极、负极、以及设置在该正极与负极之间的电解液和隔膜，所述正极包括所述高比能正极复合材料。

本发明的高比能正极复合材料包括镍锰酸锂颗粒和包覆所述镍锰酸锂颗粒表面的富锂镍锰酸锂层。富锂镍锰酸锂层和镍锰酸锂颗粒可发生协同效应，使得所述高比能正极复合材料具有高容量、高电压、循环性能佳及高倍率等电化学特性。具体地，镍锰酸锂具有高能量、高电压、高功率密度等特性。由于镍锰酸锂具有高电压特性，镍锰酸锂会与电解液发生副反应导致镍锰酸锂电池的循环性能差、容量衰减快。富锂镍锰酸锂具有高比容量和比镍锰酸锂稍低的高电压平台，富锂镍锰酸锂层包覆于镍锰酸锂颗粒的表面后，不仅可提高该高比能正极复合材料的比容量，且富锂镍锰酸锂层不易与电解液发生副反应，对镍锰酸锂形成保护层，从而提高了该高比能正极复合材料的循环性能并减小容量衰减速度。

附图说明