[发明专利]AZO包覆镍锰酸锂二次锂电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂离子二次电池正极材料及其制备方法、锂离子二次电池正极和锂离子二次电池。

背景技术

二次电池，又称为充电电池，是在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。相对于干电池，二次电池的循环充电次数可达数千至数万次，是一种新型的环保电池。

目前市场上的二次电池主要包括铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池和锂离子电池。铅酸电池价格便宜但含有污染环境的重金属铅，镉镍电池较为环保但能量密度较低，镍氢电池能量密度较高但具有轻度的记忆效应，高温环境下充放电效率差。相对于铅酸电池、镉镍电池和镍氢电池，锂离子电池具有较高的比能量，放电曲线平衡，自放电率低，循环寿命较长，无记忆效应，对环境无污染，是近些年来发展起来的绿色电池。

锂离子二次电池包括正极、负极、设置在正极与负极之间的隔膜和电解液。其中，正极包括基体和涂覆在该基体上的涂覆材料，其中涂覆材料包括正极材料(正极活性物质)、导电材料和粘结剂。正极材料是锂离子二次电池的关键原材料，由于正极材料在锂离子二次电池中占有较大的重量比，因此正极材料性能决定了电池的体型、安全性和电学性能。

锂离子电池由于具有较高的能量密度，长的循环寿命，较低的自放电率和环境友好等诸多优点，已经是目前手机，数码相机，笔记本电脑等移动通讯设备的标准电源，同时，在新能源汽车，风力发电和太阳能发电的储能方面也被人们寄予厚望。然而，如果要在这些方面成功进行推广应用，锂离子电池就必须在电池价格、安全性，使用寿命等方面做进一步的提升。

当前锂离子电池中使用的正极材料大多为LiCoO₂，还有部分LiNi_1-xCo_xO₂、LiFePO₄和LiMn₂O₄。对于LiCoO₂而言，由于钴在地壳中的丰度很低，因此钴的价格很昂贵，而且钴具有一定的毒性，废弃后对环境有不良影响；LiNi_1-xCo_xO₂与LiCoO₂相比，在实际使用容量方面有所提高，价格也有所降低，但是存在安全性较差等问题；LiFePO₄具有结构稳定，原料便宜，循环性和安全性较好，对环境负担较小等优点，但是也存在着合成成本较高，能量密度较低等问题；尖晶石LiMn₂O₄具有安全性好、倍率特性好、价格低，环保等优点，也是目前的一种主流正极材料，但其能量密度偏低，循环性能与高温性能较差，很难满足大型动力锂离子电池和储能电池的要求。LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有LiMn₂O₄同样的晶体结构，因此也具有安全性高、倍率特性好的优点。更为重要的是它的工作电压为4.7V，高于LiMn₂O₄，因此具有更高的功率密度。但是也有一些不足，比如难以制备高纯度样品，高温和大电流循环特性还需要改进等问题。导致高电压镍锰酸锂材料高温特性和大电流特性较差的原因有很多，比如高温下的锰溶解，电解液分解，锂离子扩散速率和电子导电率不足等等。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池正极材料，使其具有优异的大电流放电特性和高温特性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的锂离子二次电池正极材料，用通式x(Al_yZn_1-yO)/(1-x)LiNi_0.5Mn_1.5O₄表示，由Al_yZn_1-yO薄膜包覆LiNi_0.5Mn_1.5O₄，其中0≤x≤0.5；0≤y≤0.2。

本发明还提供了一种制备上述锂离子二次电池正极材料的方法，具体包括下述步骤：