[发明专利]一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池

说明书

本发明提供了一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。本发明利用锰酸锂正极材料内部的介孔、大孔结构，在介孔、大孔的内表面构造赝电容材料，利用赝电容储存部分锂离子，从而在充放电过程中达到提高锰酸锂正极材料比容量的目的。

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池。

背景技术

锰酸锂正极材料由于原材料储量丰富、价格低廉、制备工艺简单等优点成为锂离子电池商业化的正极材料之一。尖晶石结构的锰酸锂正极材料理论比容量为147mAh/g，而目前商业化的锰酸锂正极材料比容量为100～120mAh/g，锰酸锂正极材料比容量低的问题还需解决。

提高锰酸锂正极材料比容量的方法有：

1)在材料中掺杂金属阳离子，提高锰酸锂正极材料的电化学活性，让材料中更多的锂参与电化学反应，从而提高材料的比容量；如公开号CN103682315B的中国专利公开了高容量、长寿命锂离子电池锰酸锂正极材料的制备方法，通过二次引入活性物质有效提高Li+的扩散速率，减少不可逆容量损失，从而提高正极材料的可逆比容量和循环稳定性。但是由于活性物质多为离子半径较大、难以进入锰酸锂材料晶格的钴、镍、铝、镁、钛等金属元素，容易导致锰酸锂材料活性物质掺杂不均匀。

2)在锰酸锂正极材料中添加其他高容量的正极材料如更高容量的锰酸锂、钴酸锂、三元材料、镍酸锂，提高材料的比容量；如公开号CN103794751B的中国专利公开了一种锰酸锂基锂离子电池正极材料及其制备方法，通过大小粒径锰酸锂混合来提高锰酸锂材料的体积容量，实现高密度化、高容量化，通过掺杂改性或包覆等表面处理实现锰酸锂基材料的结构稳定性，提高材料的循环性能和高温性能。这种方法会增加锰酸锂正极材料的成本、降低电池的首次效率。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料及其制备方法以及一种锂离子电池，本发明提供的正极材料比容量高，制备成本低，具有较高的首次库伦效率。

本发明提供了一种赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料，包括锰酸锂基体以及分布于所述锰酸锂基体孔隙内的赝电容材料。

优选的，所述锰酸锂基体内部包括介孔、大孔和缝隙，所述介孔的尺寸为20～50nm，所述大孔的尺寸为50～500nm。

优选的，所述赝电容材料包括MnO₂、Co₃O₄、NiO、V₂O₅、RuO₂、IrO₂、WO₃、PbO₂中的一种或多种。

优选的，所述赝电容材料和锰酸锂基体的摩尔比为(0.001～0.05)：1。

本发明还提供了一种上述赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将含有M元素的化合物溶解于溶剂中，得到浸渍液；其中，M元素选自Mn、Co、Ni、V、Ru、Ir、W或Pb；

B)将锰酸锂基体与所述浸渍液混合搅拌，使锰酸锂基体的孔隙内吸附浸渍液；

C)将步骤B)得到的产物进行干燥和焙烧，得到赝电容复合的高容量锰酸锂正极材料。

优选的，所述含有M元素的化合物选自氯化锰、碳酸锰、硝酸锰、乙酸锰、氯化钴、碳酸钴、硝酸钴、乙酸钴、亚硝酸钴钠、亚硝酸钴钾、环烷酸钴、氯化镍、碳酸镍、硝酸镍、乙酸镍、偏钒酸铵、乙酸钌、乙酸铱、乙酸钨、硝酸铅、乙酸铅、硬脂酸铅、二氧化铅中的一种或多种。

优选的，所述溶剂包括水、乙醇、乙酸、硝酸、松节油中的一种或多种。