[发明专利]一种锂离子电池正极活性材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种锂离子电池正极活性材料的制备方法及应用，涉及锂离子电池技术领域，能够实现锂离子电池正极材料中阴离子的可逆氧化还原，有效抑制富锂锰基正极材料氧流失；该方法包括：S1、按预设的摩尔比将锂盐、钠盐和过渡金属氧化物混合均匀，得到混合物；S2、对混合物进行煅烧，得到第一正极材料；S3、将所述第一正极材料、导电剂和粘结剂按预定的质量分数混合制成第二正极材料；S4、对所述第二正极材料进行激活，得到最终的锂离子电池正极活性材料。本发明提供的技术方案适用于锂离子电池制备和应用的过程中。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极活性材料的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池由于具有较高的能量密度和良好的循环稳定性，目前已成为应用最为广泛的二次电池。锂离子电池正极材料由于比容量较低等问题成为锂离子电池能量密度的限制性环节。传统的锂离子电池正极材料，比如LiCoO₂、LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂等材料，通过过渡金属离子进行电荷存储和释放，其较高的原子量和较少的电子容纳量根本上限制了该比容量的提高。而目前阴离子(O^2-、S^2-等)储能逐渐受到了人们的关注，越来越多的研究发现和先进的表征手段证明了发生阴离子储能的可行性和真实性，这为提高正极材料的比容量开辟了一个新的天地，有望使得锂离子电池的发展迈向新的阶段。

富锂锰基正极材料作为典型的存在阴离子氧化还原的材料，虽然在首次充电到4.5V平台发生氧的氧化，但在放电阶段却不存在对应的氧的还原平台，而是表现出一条倾斜的曲线。这一首次充放电行为不一致的现象可归因于如下解释：首次充电过程富锂材料中的过渡金属发生不可逆的层间迁移，蜂窝状超晶格结构遭到破坏，产生O₂分子并被捕获在层间内部，而在放电阶段O₂分子发生还原生成O^2-，却无法恢复至原始的晶体结构状态。因此富锂材料在某种程度上并不能认为发生完全可逆的阴离子氧化还原，需要寻求并研究新型的具有电化学和晶体结构的范畴内均可逆的正极材料。近期，研究人员研制出具有带状超晶格结构的、首次电化学完全可逆的钠离子电池正极材料Na_0.6Li_0.2MnO₂，可以此作为参考借鉴来制备和发展新型锂离子电池正极材料。

离子交换法可以在不破坏材料结构骨架的情况下进行碱金属离子的互换，可利用钠离子电池正极材料进行离子交换，制备新型锂离子电池正极材料。研究人员通过熔盐离子交换法成功制备出具有02亚稳态结构的锂离子电池正极材料，表现出超高的比容量和良好的循环稳定性，但其制备方法成本较高，较难投入实际生产，且首次充放电行为亦不一致。

因此，有必要研究一种锂离子电池正极活性材料的制备方法及应用，能够实现锂离子电池正极材料阴离子可逆氧化还原，来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种锂离子电池正极活性材料的制备方法及应用，简便快捷，成本低廉，更能够实现锂离子电池正极材料中阴离子的可逆氧化还原，有效抑制富锂锰基正极材料氧流失。

一方面，本发明提供一种锂离子电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、按预设的摩尔比将锂盐、钠盐和过渡金属氧化物混合均匀，得到混合物；

S2、对混合物进行煅烧，得到第一正极材料；

S3、将所述第一正极材料、导电剂和粘结剂按预定的质量分数混合制成第二正极材料；

该步骤的混合制备过程为纯物理反应，对第一正极材料的性能不产生影响；粘结剂起到粘结的作用，导电剂起到增强导电性的作用，将原粉体形态的各材料粘结成固态，比如块状、棒状、片状等；