[发明专利]一种锂离子电池正极材料

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料，其包括镍锰酸锂正极材料和包覆于所述正极材料表面的石墨烯层。其中，所述锂离子电池正极材料的化学式为LiNi_0.5Mn_1.5‑xSn_xO₄；包覆层含有石墨烯。相对于现有技术，本发明通过对镍锰酸锂正极材料进行掺杂和包覆，可显著提高锂离子电池正极材料的动力学性能和高电压下的循环性能。此外，本发明还公开了该镍锰酸锂离子电池正极材料的制备方法和应用该材料的锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术背景

与传统化学电源相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等诸多优异的性能。经过多年的发展，锂离子电池已广泛地应用于移动电话、笔记本电脑等移动电子设备及电动汽车领域。电动汽车的发展极大的促进了锂离子电池的发展，但与移动端电子设备相比，电动汽车对电池的循环寿命、能量密度、电池组一致性以及大电流放电能力等性能有较高要求。

在锂离子电池研究领域，镍锰酸锂正极材料一直是研究的重点。其中，尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄与锰酸锂一样是具有三维锂离子通道的正极材料，可逆容量为146.7mAh/g，与锰酸锂的差不多，但电压平台为4.7V左右，比锰酸锂的4V电压平台要高出15％以上，且高温下的循环稳定性也比原有的锰酸锂有了质的提升，被认为是一种有潜力的高能量密度锂离子电池正极材料。然而，LiNi_0.5Mn_1.5O₄在充放电循环中，和LiMn₂O₄一样，可能发生的Mn的溶解和材料颗粒的崩裂，恶化了的循环稳定性。

鉴于此，却有必要提供一种具有理想循环性能和动力性能的改性镍锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有正极材料及相关改性方法的不足，提供一种具有理想循环稳定性和动力性能的锂离子正极材料及其制备方法、锂离子电池。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池正极材料，其包括镍锰酸锂正极材料和包覆于所述正极材料表面的石墨烯层。其中，所述锂离子电池正极材料的化学式为LiNi_0.5Mn_1.5-xSn_xO₄，0<x≤0.2；包覆层含为石墨烯层。

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将镍源、锰源及锡源按照锂离子电池正极材料的化学式中各元素的化学计量比混合后加入有机溶剂后进行球磨得到混合物，所述锂离子电池正极材料的化学式为LiNi_0.5Mn_1.5-xSn_xO₄，其中0<x≤0.2；

将所述中间产物在有氧气氛中加热至600～650℃，恒温煅烧5～10h 得到中间产物；

将所述中间产物与锂源按照镍源和锂源中镍与锂的摩尔比混合后球磨得到预混料，并将该颗粒与石墨烯混合；

将所述预混料在有氧气氛中，先加热至800～900℃恒温煅15～24h，然后降温至500～600℃下退火处理2～20h，冷却后得到所述锂离子电池正极材料。

在其中一个实施例中混合、研磨时，以乙醇、丙醇、乙二醇中的一种或几种为介质。

在其中一个实施例中，所述镍源选自镍的氯化物、镍的氧化物、镍的硫酸盐、镍的硝酸盐及镍的醋酸盐中的至少一种；

在其中一个实施例中，所述锰源选自锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸盐、锰的硝酸盐及锰的醋酸盐中的至少一种。