[发明专利]一种锰基正极材料及钛酸锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及钛酸锂电池领域，具体的说是一种锰基正极材料及钛酸锂电池。

背景技术

钛酸锂材料是一种高性能的锂二次电池负极材料。在Li嵌入或脱出过程中，晶型不发生变化，体积变化小于1％，因此被称为“零应变材料”，能够避免充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，具有比碳负极更优良的循环性能。

钛酸锂是一种新型的锂离子电池负极材料，具有以下特点：1)充放电电压平台高(1.55VvsLi/Li+)，远高于锂电位，从而从根本上杜绝了锂枝晶的形成，并且不与电解液发生反应；2)充放电时本身形变小而被称为“零应变材料”，极大地提高了电池本身的循环性能和安全性能；3)表面不形成保护膜，充放电效率高；4)锂离子迁移速率高，大电流充放电能力好；5)低温充放电性能好。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰基正极材料及钛酸锂电池，以能够提高正极材料的导电性和离子扩散速率。

本发明的目的是这样实现的：一种锰基正极材料，包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，其中锰基基材在锰位掺杂，锰位掺杂的元素包括Ni、Fe、V、Al、Mg或Co中的一种或几种，包覆层包括TiO₂、CeO₂、SiO₂、AlF₃、NiP、Zn(OH)₂或石墨烯中的一种。

进一步，包覆方法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、化学镀、水热法和/或高温固相反应法。

优选的，所述包覆层为石墨烯，包覆的层数为5-12层。

其中锰位掺杂Ni和Co的材料包括LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.33Co0_.33Mn_0.33O₂、LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂或LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂；锰位掺杂Al的材料包括LiMn_1.9Al_0.1O₄、LiNi_0.35Mn_1.5Al_0.15O₄、LiNi_0.5Mn_1.42Al_0.08O₄或LiNi_0.45Mn_1.45Al_0.1O₄。

一种钛酸锂电池，包括正极材料和负极材料，负极材料包括钛酸锂，正极材料包括锰基基材和包覆在基材上的包覆层，其中锰基基材在锰位掺杂，锰位掺杂的元素包括Ni、Fe、V、Al、Mg或Co中的一种或几种，包覆层包括TiO₂、CeO₂、SiO₂、AlF₃、NiP、Zn(OH)₂或石墨烯中的一种。

进一步，包覆方法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、化学镀、水热法和/或高温固相反应法。

优选的，所述包覆层为石墨烯，包覆的层数为5-12层。