[发明专利]一种锂离子电池用富锂锰基固溶体正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用富锂锰基固溶体正极材料及其制备方法，所述富锂锰基固溶体正极材料的化学通式为：xLi₂MnO₃·(1‑x)LiNi_aCo_bMn_cO₂，其中0.2≤x≤0.7，a+b+c＝1，0.2≤a≤0.8，0.1≤c≤0.5；该富锂锰基固溶体正极材料的颗粒内部密实，无空心现象，振实密度TD2.0g/cm³，粒度分布系数K₉₀为0.6～0.9，其中K₉₀＝(D₉₀‑D₁₀)/D₅₀。本发明球形度好、颗粒内部密实、颗粒粒度分布窄，其容量、循环寿命等电化学性能能够得到显著改善，而其制备方法无需使用络合剂，制备工艺简单、过程容易稳定控制、生产成本低、环保无污染，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，尤其涉及一种锂离子电池用富锂锰基固溶体正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种具有较高能量密度、可循环充放、环境友好、无记忆效应等优点的化学电源，是混合动力与纯电动力电源之一。目前，常用的几种锂离子电池正极材料(如：LiCoO₂、LiPeO₄和LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂等)无法满足锂离子电池对高能量密度的要求，特别是无法满足电动汽车用锂离子电池的要求。富锂锰基固溶体正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn的至少一种)具有很高的比容量，因此被认为是未来用于长续航里程的纯动力电源(EV)和混合动力电源(HEV)的理想正极材料之一。

富锂锰基固溶体正极材料在较高的充电电压下，具有很高的比容量，但其在大电流工作条件下容量衰减较快，极化现象明显，这制约了富锂锰基固溶体正极材料的商业化应用。提高正极材料的电子导电率及Li⁺迁移速率可以降低极化作用，大大提高电池可逆容量及倍率性能。而调节材料颗粒粒径及其分布、内部致密性、形貌是控制锂离子在材料内部及界面的扩散速度有效的方法之一。Mn系材料的密度普遍较低，颗粒内部不够致密，这导致多次充放电后颗粒内部出现微裂纹，内阻增大，严重影响了材料的循环性能。此外，采用共沉淀法合成的富锂锰基固溶体正极材料前驱体，在加入锂源后的烧结过程中基本上不会改变材料的密度、形貌和粒度，因此富锂锰基固溶体正极材料前驱体的合成工艺在很大程度上决定了材料的电化学性能，也就是说，选择合适的合成方法对材料的结构及电化学性能也有很大的影响。