[發明專利]一種碳復合鋰離子電池正極材料硅酸鎳錳鋰及其制備方法

在審

• 申請號: 201810552208.2
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108807885A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 劉興泉;舒小會;劉珊珊;胡友作;張美玲;冉淇文;李浩;譚銘;何澤珍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于鋰離子電池領域，一種碳復合鋰離子電池正極材料硅酸鎳錳鋰及其制備方法，其化學表達式為：Li₂Mn_1?xNi_xSiO₄/C、0<x≤0.1。本發明對硅酸錳鋰(Li₂MnSiO₄/C)體相摻入少量的鎳元素，同時采用碳復合，得到鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1?xNi_xSiO₄/C，碳復合能夠提高材料的電子導電性，Ni²⁺取代部分Mn²⁺，使材料中的Mn離子平均價態大于3.5，從而抑制了Jahn?Teller效應與降低錳溶解，使正極材料的電化學性能得到更好的發揮；使得本發明鋰離子電池正極材料具有較高的放電比容量和優異的循環穩定性能：在室溫環境下，當電壓范圍在1.5～4.8V，恒電流充放電倍率為0.1C時，該鋰離子電池正極材料的首次放電比容量可達到187.2mAh g^?1，循環30次以后仍可達到91.8mAh g^?1，容量保持率為49.0％。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及鋰離子電池正極材料及其制備方法，具體為鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xNi_xSiO₄/C及其制備方法，其中0&lt;x≤0.1。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、輸出電壓高、循環壽命長等優點。近年來國家大力倡導低碳經濟，以混合動力和純電動汽車為代表的新能源汽車得到了推廣應用，使得鋰離子電池市場得以更加快速發展。鋰離子電池的應用領域已經從傳統的便攜式的電子產品領域擴展到了軍事、航空航天、儲能電源和動力電池汽車等各個領域，同時人們也對其性能提出了越來越高的要求。

傳統的鋰離子電池正極材料如鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷兩元或者鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元等，其研究已經趨于成熟，但是在制造成本、安全性能以及電化學性能等方面仍然難以滿足現在國際能源消費市場的需求，開發新型高性能的正極材料迫在眉睫。新型的聚陰離子正極材料中Li₂MnSiO₄不僅具有原料易得、成本低廉、安全性能好、無污染等優點，并且其理論比容量可高達330mAh/g，遠遠高于橄欖石型LiFePO₄的理論比容量170mAh/g，因此引起了國內外研究者廣泛的關注。但是，目前合成的Li₂MnSiO₄正極材料實際比容量遠遠低于理論比容量，并且在循環過程中容量衰減較快；其主要原因是合成純相的Li₂MnSiO₄材料比較困難，材料本身的電子導電率極低，阻抗較大，充放電過程中極化嚴重，結構會向無定型態轉化；這些缺陷會導致材料容量衰減較快，循環性能較差，因此必須對材料進行改性。

發明內容

本發明的目的在于針對鋰離子電池正極材料硅酸錳鋰(Li₂MnSiO₄)電化學性能差的缺點，提供一種鎳體相摻雜及碳復合改性的鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xNi_xSiO₄/C及其制備方法，其中0&lt;x≤0.1。本發明鋰離子電池正極材料Li₂Mn_1-xNi_xSiO₄/C具有較高的放電比容量和優異的循環穩定性能，克服了純硅酸錳鋰材料電化學性能的不足，其制備方法克服了傳統固相合成法混合不均勻、難以控制化學計量比，產物粒徑大且分布不均勻等缺點，以及由此導致的電化學性能不佳的問題，制備的產品純度高、化學計量比準確、結晶品質高、產物顆粒細小且分布均勻，并且表現出了優良的電化學性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：