[发明专利]一种锂电池用高电压锂镍锰氧复合正极材料及其制备工艺、锂电池正极和锂电池

说明书

本发明提供一种锂电池用高电压锂镍锰氧复合正极材料及其制备工艺、锂电池正极和锂电池。该正极材料为xLNO/LNMO复合正极材料，通过以少量LNO作为成核剂，与LNMO通过固相反应烧结制备而成，其制备包括如下工序：1）将至少包含锂化合物、镍化合物、锰化合物的溶液混合均匀后，制成固态凝胶；2）对固态凝胶进行烧结、退火处理，制得LNMO；3）将LNMO与铌化合物、另一锂化合物混合研磨，经固相反应烧结后制得LNO与LNMO的复合正极材料。本发明的xLNO/LNMO复合正极材料具有高锂离子传导性，同时可抑制在电极与电解液的界面形成钝化膜，使正极的稳定性得以提升，使电池在高倍率的循环寿命得到了改善。

技术领域

本发明涉及可充电锂离子电池领域，特别适合于锂离子电池中具有高电压的阴极材料的改性技术，属于可充电锂离子电池及其制造方法。

背景技术

目前在锂离子电池材料的开发过程中，具有尖晶石结构的锂镍锰氧（LNMO）是一类倍受关注的正极材料。因为该材料具有一个较高的电压平台(～ 4.7 V vs. Li+/Li)，可提供高功率輸出，其理论容量达到147 Ah/kg，功率密度为 658 Wh/kg；同时该材料结构稳定，安全性佳，原料丰富并且价格低廉，对环境友好，用过后可以分解不具毒性，因此锂镍锰氧材料的开发和商品化具有广泛的应用前景。

锂镍锰氧材料的电化学性能取决于该材料自身的多种因数；如材料的晶体结构（锂镍锰元素之计量比），材料的颗粒形态与尺寸，以及电池所采用的电解液种类。目前锂镍锰氧作为正极材料应用仍有许多亟待解决的问题，例如：在高倍率充放电条件下的容量衰减的很快，循环特性差。这主要是当工作在高电压平台环境下，会在电解液与阴极接触界面形成一层较厚的高阻抗钝化层，因而限制了锂离子的嵌入与脱嵌，同时普遍采用“锂-六氟化磷”电解液中存在的氟离子也会和正极发生反应，造成锂镍锰氧正极材料的腐蚀和溶解，使电池的使用寿命降低。

为解决锂镍锰氧正极材料的上述问题，以往采用的改进技术有：添加高分子保护剂以避免因粉粒的团聚而导致颗粒表面积降低；通过对鋰鎳錳氧表面包覆碳以提高材料的电子传导性，以及采用表面修复技术或者使用添加剂来保持电解液与阴极之间界面的稳定性。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种锂电池用高电压锂镍锰氧复合正极材料及其制备工艺、锂电池正极和锂电池。

本发明旨在提供一种提高锂镍锰氧材料的锂离子传导性、同时可抑制电解液在高电压平台下的氧化副反应发生的工艺方法，主要是解决现有锂镍锰氧作为锂离子电池正极时，在高倍率充放电条件下的容量衰减过快，电池循环特性差的问题。本发明通过采用特定的固态凝胶技术进行处理，制得尖晶石结构的LNMO，然后以少量LiNbO₃（LNO）作为成核剂，通过高温固态反应，制备出具有高锂离子传导性的xLNO/LNMO复合正极材料，同时可抑制在电极与电解液的界面形成钝化膜，使正极结构的稳定性得以提升，使电池在高倍率的循环寿命得到了改善。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

１、本发明提供一种锂电池用高电压锂镍锰氧复合正极材料，该正极材料为xLNO/LNMO复合正极材料，通过以一定比例混合LNO和LNMO，并以LNO作为成核剂，与LNMO通过固相反应烧结制备而成。

可选地，在上述正极材料中，所述xLNO/LNMO复合正极材料中，x=0.02-0.08，优选x=0.04:1。

可选地，在上述正极材料中，所述LNMO化学式组成为：LiNi_yMn_2-yO₄，0.2≤y≤0.8，具有尖晶石结构。

2、本发明另提供一种锂电池用高电压锂镍锰氧复合正极材料的制备工艺，包括如下工序：

1）将至少包含锂化合物、镍化合物、锰化合物的溶液混合均匀后，制成固态凝胶的工序；