[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210048833.6
• 申請日: 2012-02-28
• 公開（公告）號: CN102593459A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 楊曉晶;何軼
• 申請（專利權）人: 北京師范大學;北京師大科技園科技發展有限責任公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波;逯長明

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池與傳統的充電電池相比，具有平均放電電壓較高、放電時間長、質量輕等優點。圍繞著鋰離子電池的組成，當前研究重點主要集中在正極材料、負極材料和電解質等方面。目前負極材料的比容量現已達到正極材料的兩倍，實際比容量低的正極材料制約了鋰離子電池的發展。因此研究鋰離子電池正極材料，對于降低電池的成本、加速電池的更新換代等關鍵問題有重要意義。

目前國內外鋰離子二次正極材料的研究主要圍繞三方面展開：(1)LiCoO₂及其衍生物正極材料的研究；(2)LiNiO₂及其衍生物正極材料的研究；(3)錳系正極材料的研究。其中LiCoO₂是最早投入商業使用的鋰離子電池的正極材料，但由于價格昂貴，有毒且污染環境等缺點限制其發展。鋰鎳氧化物正極材料因為合成困難及過充安全問題也限制其發展。錳系正極材料中鋰錳尖晶石雖然資源豐富，價格低廉，但是循環性能尚不能令人滿意。

尖晶石型LiMn₂O₄理論充放電容量148mAh/g，層狀鋰錳氧化物LiMnO₂理論充放電容量可以達到285mAh/g，但LiMnO₂屬于熱力學亞穩態，起骨架支撐作用的Mn³⁺極不穩定。首先，在Li⁺嵌入與脫出過程中易發生Mn³⁺向更穩定的高價態變化，致使晶體結構發生變化，向熱力學穩定相，即尖晶石相轉變。此外，由于高自旋Mn³⁺引起的Jahn-Teller畸變，使得氧的空間排列發生變化，難以形成理想的立方密堆積，從而影響了其結構及電化學的穩定性，使得電池容量迅速衰減。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種鋰離子電池正極材料，具有穩定的結構，充放電循環中電化學容量不易衰減。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一種鋰離子電池正極材料，化學式為LiMn_xAl_1-xO₂，0.7≤x＜1。

一種以上所述的鋰離子電池正極材料的制備方法，包括：

將三氧化二錳溶于氫氧化鋰水溶液中，再向其中加入三氧化二鋁得到混合物，所述鋰錳摩爾比為10∶1～20∶1；將所述混合物在110℃～200℃下進行水熱反應，生成LiMn_xAl_1-xO₂，0.7≤x＜1。

作為優選，加入的所述三氧化二錳與三氧化二鋁的摩爾比根據所述0.7≤x＜1進行計算。

作為優選，所述水熱反應的溫度為130℃～170℃。

作為優選，所述水熱反應的時間為36h～48h。

一種鋰離子電池正極，包括本發明以上提供的鋰離子電池正極材料。

一種鋰離子電池，包括本發明以上提供的鋰離子電池正極。

本發明提供一種鋰離子電池正極材料LiMn_xAl_1-xO₂，0.7≤x＜1及其制備方法，將離子半徑比Mn³⁺小的Al³⁺引入到層狀LiMnO₂中，結構穩定的AlO₆八面體替代因Jahn-Teller畸變效應而扭曲的MnO₆八面體層后降低了八面體層的扭曲應力，從而抑制Mn³⁺的Jahn-Teller效應。并且引入Al³⁺后還能防止在電化學循環過程中，Mn³⁺向內層遷移，因此能起到穩定層狀LiMnO₂結構的作用。此外，LiMn_xAl_1-xO₂相對層狀LiMnO₂而言，能夠有效降低材料面積阻抗率，同時還能提高Li⁺的插入電勢和能量密度，從而在一定程度上優化材料的電化學性能。該制備方法操作簡便、成本低廉，可用于批量生產。

附圖說明

圖1為LiMnO₂與本發明實施例1-4制備的樣品的XRD圖；

圖2為LiMnO₂與本發明實施例1-3制備的樣品的SEM圖；