[發(fā)明專利]AZO包覆錳酸鋰二次鋰電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210556449.7
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103022470A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李德成;孫洪丹;劉偉偉;方國清;夏丙波;王海波;吳晶晶
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子二次電池正極材料及其制備方法、鋰離子二次電池正極和鋰離子二次電池。

背景技術(shù)

二次電池，又稱為充電電池，是在電池放電后可通過充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。相對于干電池，二次電池的循環(huán)充電次數(shù)可達數(shù)千至數(shù)萬次，是一種新型的環(huán)保電池。

目前市場上的二次電池主要包括鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池和鋰離子電池。鉛酸電池價格便宜但含有污染環(huán)境的重金屬鉛，鎘鎳電池較為環(huán)保但能量密度較低，鎳氫電池能量密度較高但具有輕度的記憶效應(yīng)，高溫環(huán)境下充放電效率差。相對于鉛酸電池、鎘鎳電池和鎳氫電池，鋰離子電池具有較高的比能量，放電曲線平衡，自放電率低，循環(huán)壽命較長，無記憶效應(yīng)，對環(huán)境無污染，是近些年來發(fā)展起來的綠色電池。

鋰離子二次電池包括正極、負極、設(shè)置在正極與負極之間的隔膜和電解液。其中，正極包括基體和涂覆在該基體上的涂覆材料，其中涂覆材料包括正極材料(正極活性物質(zhì))、導(dǎo)電材料和粘結(jié)劑。正極材料是鋰離子二次電池的關(guān)鍵原材料，由于正極材料在鋰離子二次電池中占有較大的重量比，因此正極材料性能決定了電池的體型、安全性和電學(xué)性能。

鋰離子電池由于具有較高的能量密度，長的循環(huán)壽命，較低的自放電率和環(huán)境友好等諸多優(yōu)點，已經(jīng)是目前手機，數(shù)碼相機，筆記本電腦等移動通訊設(shè)備的標準電源，同時，在新能源汽車，風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的儲能方面也被人們寄予厚望。然而，如果要在這些方面成功進行推廣應(yīng)用，鋰離子電池就必須在電池價格、安全性，使用壽命等方面做進一步的提升。

當(dāng)前鋰離子電池中使用的正極材料大多為LiCoO₂，還有部分LiNi_1-xCo_xO₂、LiFePO₄和LiMn₂O₄。對于LiCoO₂而言，由于鈷在地殼中的豐度很低，因此鈷的價格很昂貴，而且鈷具有一定的毒性，廢棄后對環(huán)境有不良影響；LiNi_1-xCo_xO₂與LiCoO₂相比，在實際使用容量方面有所提高，價格也有所降低，但是存在安全性較差等問題；LiFePO₄具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，原料便宜，循環(huán)性和安全性較好，對環(huán)境負擔(dān)較小等優(yōu)點，但是也存在著合成成本較高，能量密度較低等問題；尖晶石LiMn₂O₄具有安全性好、倍率特性好、價格低，環(huán)保等優(yōu)點，也是目前的一種主流正極材料，但其能量密度偏低，在充放電循環(huán)中的容量衰減較快，特別是在高溫下的循環(huán)性能較差，限制了其在大型動力鋰離子電池和儲能電池上的應(yīng)用。導(dǎo)致LiMn₂O₄材料高溫特性和大電流特性較差的原因有很多，比如Jahn-Teller畸變效應(yīng)與高溫下的錳溶解，電解液分解等等。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子二次電池正極材料，使其具有優(yōu)異的大電流放電特性和高溫特性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的鋰離子二次電池正極材料，用通式x(Al_yZn_1-yO)/(1-x)LiMn₂O₄表示，由Al_yZn_1-yO薄膜包覆LiMn₂O₄，其中0≤x≤0.5；0≤y≤0.2。

本發(fā)明還提供了一種制備上述鋰離子二次電池正極材料的方法，具體包括下述步驟：

1、按照摩爾比Li:Mn:檸檬酸=1.05:2:1稱取鋰源化合物、水溶性錳源化合物和檸檬酸，加入去離子水混合配成溶液，噴霧干燥所述溶液得到混合物，將所述混合物在空氣氣氛中300~500℃下恒溫煅燒3~5h，自然冷卻后，研磨，再在空氣氣氛中500~800℃下恒溫?zé)Y(jié)10~30h，自然冷卻后，研磨，得到LiMn₂O₄;

所述的水溶性錳源化合物選自醋酸錳、硝酸錳、氯化錳或硫酸錳；所述的鋰源化合物選自醋酸鋰，硝酸鋰、氫氧化鋰或碳酸鋰。

優(yōu)選的，所述的水溶性錳源化合物為醋酸錳；所述的鋰源化合物為氫氧化鋰。