[发明专利]一种大倍率锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种大倍率锰酸锂正极材料及其制备方法，所述正极材料由尖晶石锰酸锂及包覆在其一次颗粒之间和二次颗粒表面的固态电解质组成，并且为多孔微球状。所述制备方法为：首先将锂源、锰源进行高能球磨，然后热处理后得到尖晶石锰酸锂。接着与固态电解质进行高能球磨后热处理进行固态电解质的包覆。将包覆后的锰酸锂与高分子聚合物水溶液搅拌形成均匀浆料后，进行喷雾干燥，并热处理除去高分子从而造孔，得到所述的大倍率锰酸锂正极材料。该正极材料能有效降低锰在有机电解质中的溶解度，提高锂离子导电率，具有大倍率循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种大倍率锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

尖晶石锰酸锂LiMn₂O₄正极材料具有原料锰源资源丰富、成本低廉、结构稳定、安全性高等优点，是备受青睐的锂离子电池正极材料之一。但由于锰酸锂在放电末期表面的Mn³⁺浓度高易歧化生成可溶于电解液的Mn²⁺，以及电解质锂盐LiPF₆产生的少量HF会腐蚀锰酸锂致锰元素的流失，使得容量衰减较快。此外，锰酸锂的电导率也较低。两者不利于锰酸锂的大倍率循环。因而不能适用于目前以快充为策略应用在电动汽车上的锂离子电池。

有研究对尖晶石锰酸锂进行包覆，所包覆的材料有二氧化硅、氧化铝等，如此可以抑制锰元素的流失，但是这些包覆材料的导电性较差，不能提供良好的导电环境。近年来，固态电解质得到了很大的研究。一些固态电解质对水氧不敏感，能够在空气中长期存在，且锂离子导电率也非常可观，也有较宽的的电化学窗口，为制备电极材料提供了新的思路。于是人们开始尝试在尖晶石锰酸锂上通过溶胶凝胶法包覆一层固态电解质；但单纯采用溶胶凝胶法包覆固态电解质还是存在能量密度不高的问题。同时，采用单纯采用溶胶凝胶法进行包覆，在工业上应用时也存在一定的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足；设计了一种大倍率多孔微球状的锰酸锂正极材料，并同时设计了一套与之相匹配的制备方法。

本发明一种大倍率锰酸锂正极材料；所述大倍率锰酸锂正极材料由尖晶石锰酸锂LiMn₂O₄和固态电解质组成；所述尖晶石锰酸锂LiMn₂O₄的一次颗粒之间和二次颗粒表面存在有固态电解质，并且为多孔微球状。

在本发明的一种大倍率锰酸锂正极材料中，固态电解质的质量分数为1％～6％。

本发明一种大倍率锰酸锂正极材料；所述由尖晶石锰酸锂LiMn₂O₄和固态电解质构成的多孔微球的粒径为10-15微米；优选为11.5-12.5微米。

本发明一种大倍率锰酸锂正极材料；将所述大倍率锰酸锂正极材料与石墨制成3200mAh的软包，测试其30C的放电容量；其放电容量为2985mAh-3130mAh。远远高于现有技术中的产品。

本发明一种大倍率锰酸锂正极材料的制备方法；包括以下步骤：

步骤一

用固态电解质对尖晶石锰酸锂进行球磨包覆；球磨后进行热处理；得到包覆后的尖晶石锰酸锂；

步骤二

将步骤一所得包覆后的尖晶石锰酸锂与高分子聚合物水溶液进行混合、制浆；然后进行喷雾干燥，并热处理除去高分子聚合物从而造孔，得到所述的大倍率锰酸锂正极材料。