[发明专利]一种锂离子电池正极材料、制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

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

背景技术

锂离子电池的应用领域逐渐增大，对锂离子电池循环寿命的要求也越来越高。正极材料、负极材料的容量匹配是锂离子电池设计过程中的关键参数之一，直接影响锂离子电池的循环寿命。通常负极材料的设计容量比正极材料的设计容量高10～15％，这是由于在化成的过程中，负极界面会形成含有锂化合物的SEI膜，同时部分嵌入负极的锂不能再脱出、参与锂离子电池正常的充放电循环，这些化学反应消耗的锂离子从电解液中获得，或者由正极材料提供。正极材料损失锂离子后，会导致电池容量下降、库伦效率降低、循环性能变差，所以引入新的锂源补充化成时损耗的锂离子，就可以改善锂离子电池的性能。这种引入新的锂源的方法就是预锂化，一般包括负极预锂化方法和正极预锂化方法。

目前比较常见的预锂化工艺是负极预锂化方法，既采用锂粉或锂箔等工艺补充负极在首次充电过程中不可逆容量的损失。如公开号CN104538591A的中国专利公开了锂离子电池负极材料的预锂化方法，所述的制备方法通过在金属锂表面包覆或包覆上锂离子阻隔层和/或对连接导体进行电阻值空时的方法，调控负极材料的嵌锂速度及表面SEI膜形成速度，从而提高负极材料的库伦效率，改善负极材料的循环性。由于金属锂非常容易被氧化、且极易燃烧，所以这种预锂化的工艺对设备、环境的要求很高，这样就增加了锂离子电池的制作成本。

正极预锂化是提高电池首次效率、改善循环性能的另一种预锂化方法。如美国阿贡国家实验室的Xin Su等人提出，在LiCoO₂正极中添加7％Li₅FeO₄材料，使电池的首次效率提高了14％，并改善了电池的循环性能。但是占到正极材料质量比7％的Li₅FeO₄材料脱锂后不再参与充放电反应，会降低锂离子电池的能量密度。德国的Giulio Gabrielli等人采取了将LiNi_0.5Mn_1.5O₄(a)正极材料和多锂化的Li_1+xNi_0.5Mn_1.5O₄材料混合使用的方法，由Li_1+xNi_0.5Mn_1.5O₄材料在电池首次充电过程中提供额外的Li，弥补负极首次嵌锂过程中损失的Li，在完全脱锂后Li_1+xNi_0.5Mn_1.5O₄转化为具有活性的LiNi_0.5Mn_1.5O₄(b)正极材料。该方法对正极电极的成分完全没有影响，但是LiNi_0.5Mn_1.5O₄(b)材料在晶体结构上与直接制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄(a)存在一定差别，容易造成电池的循环性能变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料、制备方法及锂离子电池，使用本发明所述锂离子电池正极材料的锂离子电池具有较高的库伦效率和循环性能。