[发明专利]一种碳复合锂离子电池正极材料硅酸镍锰锂及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，一种碳复合锂离子电池正极材料硅酸镍锰锂及其制备方法，其化学表达式为：Li₂Mn_1‑xNi_xSiO₄/C、0<x≤0.1。本发明对硅酸锰锂(Li₂MnSiO₄/C)体相掺入少量的镍元素，同时采用碳复合，得到锂离子电池正极材料Li₂Mn_1‑xNi_xSiO₄/C，碳复合能够提高材料的电子导电性，Ni²⁺取代部分Mn²⁺，使材料中的Mn离子平均价态大于3.5，从而抑制了Jahn‑Teller效应与降低锰溶解，使正极材料的电化学性能得到更好的发挥；使得本发明锂离子电池正极材料具有较高的放电比容量和优异的循环稳定性能：在室温环境下，当电压范围在1.5～4.8V，恒电流充放电倍率为0.1C时，该锂离子电池正极材料的首次放电比容量可达到187.2mAh g^‑1，循环30次以后仍可达到91.8mAh g^‑1，容量保持率为49.0％。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及锂离子电池正极材料及其制备方法，具体为锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xNi_xSiO₄/C及其制备方法，其中0&lt;x≤0.1。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长等优点。近年来国家大力倡导低碳经济，以混合动力和纯电动汽车为代表的新能源汽车得到了推广应用，使得锂离子电池市场得以更加快速发展。锂离子电池的应用领域已经从传统的便携式的电子产品领域扩展到了军事、航空航天、储能电源和动力电池汽车等各个领域，同时人们也对其性能提出了越来越高的要求。

传统的锂离子电池正极材料如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴两元或者镍钴锰、镍钴铝三元等，其研究已经趋于成熟，但是在制造成本、安全性能以及电化学性能等方面仍然难以满足现在国际能源消费市场的需求，开发新型高性能的正极材料迫在眉睫。新型的聚阴离子正极材料中Li₂MnSiO₄不仅具有原料易得、成本低廉、安全性能好、无污染等优点，并且其理论比容量可高达330mAh/g，远远高于橄榄石型LiFePO₄的理论比容量170mAh/g，因此引起了国内外研究者广泛的关注。但是，目前合成的Li₂MnSiO₄正极材料实际比容量远远低于理论比容量，并且在循环过程中容量衰减较快；其主要原因是合成纯相的Li₂MnSiO₄材料比较困难，材料本身的电子导电率极低，阻抗较大，充放电过程中极化严重，结构会向无定型态转化；这些缺陷会导致材料容量衰减较快，循环性能较差，因此必须对材料进行改性。

发明内容

本发明的目的在于针对锂离子电池正极材料硅酸锰锂(Li₂MnSiO₄)电化学性能差的缺点，提供一种镍体相掺杂及碳复合改性的锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xNi_xSiO₄/C及其制备方法，其中0&lt;x≤0.1。本发明锂离子电池正极材料Li₂Mn_1-xNi_xSiO₄/C具有较高的放电比容量和优异的循环稳定性能，克服了纯硅酸锰锂材料电化学性能的不足，其制备方法克服了传统固相合成法混合不均匀、难以控制化学计量比，产物粒径大且分布不均匀等缺点，以及由此导致的电化学性能不佳的问题，制备的产品纯度高、化学计量比准确、结晶品质高、产物颗粒细小且分布均匀，并且表现出了优良的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：