[发明专利]富锂锰氧化物正极材料及其制备方法和正极极片以及锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种富锂锰氧化物正极材料及其制备方法和正极极片以及锂离子电池。所述正极材料为Li_xNi_0.13Co_0.13Mn_yO₂，其中，x＝1.2‑1.5，y＝0.55‑0.95；以及所述正极材料的层状结构中掺杂有Li₄Mn₅O₁₂尖晶石相和MnO₂相。该富锂锰氧化物正极材料兼具优良的循环性能及高的首次库伦效率；且制备方法简单，原材料成本低，适合规模化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种富锂锰氧化物正极材料及其制备方法和 正极极片以及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有高能量密度等特性，已在便携式电子产品、电动汽车和储能电站 等领域广泛应用。但目前对锂离子电池的性能要求也在不断提高。锂离子电池在需要更高能量密度的同时，还需具有高功率和长循环寿命的特性。实现高性能锂离子电池的关 键是发展高性能锂离子电池的正极材料。

目前商用的正极材料有层状钴酸锂(LiCoO₂)和镍钴锰酸锂三元材料(LiMO₂，M＝Ni, Co,Mn/Al)、尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)和磷酸铁锂(LiFePO₄)等。但是层状LiCoO₂正极材料 的比容量始终限制在160毫安时/克(mAh/g)以内，且其Co含量高，成本高也不利于环保。三元材料容量相对较高，根据其放电电压的不同，其容量可达210～250毫安时/克，但倍 率性能较差，在高温下结构不稳定易引发安全事故。尖晶石结构锰酸锂(LiMn₂O₄)正极材 料和聚阴离子型磷酸铁锂(LiFePO₄)正极材料的理论比容量也分别只有148毫安时/克和 170毫安时/克，实际容量则更低，远不能满足高比能量密度锂离子电池对正极材料的性 能要求。

因此，正极材料的性能成为锂离子电池性能进一步提高的瓶颈。富锂锰基正极材料 因其高比容量(大于250毫安时/克)、低成本和高安全性，受到了越来越多的重视。

然而，由于富锂锰氧化物正极材料循环稳定性及倍率性能较差、首次库伦效率低等 问题严重制约了其实际应用。层状富锂锰氧化物正极材料循环过程中过渡金属(TM)在电 解液中的溶解和TM离子的迁移与结构重排导致尖晶石结构的形成造成了其在循环过程中容量和电压衰减。通常可以采用表面包覆和离子掺杂/替代方法等方法提高富锂锰氧化物正极材料的成分和结构稳定性，从而提高其循环性能，抑制循环过程中的电压衰退， 提高其首次库伦效率。

但目前，富锂锰氧化物正极材料其高的容量和低的循环稳定性的矛盾依然没有完全 解决，及其低的首次库伦效率的问题妨碍了其规模化应用。因而进一步开发兼具高的容量和优良的循环性能及高的首次库伦效率的富锂锰氧化物正极材料及其高效的制备方法对于实现其在锂离子电池中的应用具有及其重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的富锂锰氧化物正极材料容量高但循环性 能低的矛盾问题，以及首次库伦效率低的缺陷问题，提供一种富锂锰氧化物正极材料及其制备方法和正极极片以及锂离子电池。该正极材料兼具优良的循环性能及高的首次库伦效率。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种富锂锰氧化物正极材料，其中，所述正极材料为Li_xNi_0.13Co_0.13Mn_yO₂，其中，x＝1.2-1.5，y＝0.55-0.95；以及所述正极材料的层状结构中掺杂有Li₄Mn₅O₁₂尖晶石相和MnO₂相。