[发明专利]一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述合成方法包括以下步骤：将锂盐、金属的乙酸盐或硝酸盐按照一定摩尔比称量后，其中需加入适当过量的锂盐，加入去离子水，使混合成为一种糊状，球磨混合均匀直至整个反应体系形成流变相，然后烘干，再经过预烧结得到前驱体，最后高温煅烧研磨后得到改性的尖晶石正极材料LiNi_0.5Mn_1.5‑xTi_xO₄(0≤x≤0.1)。本发明所述法制备出的尖晶石正极材料颗粒细小而均匀，表面光滑，结晶性能好，具有较高的放电比容量和良好的倍率性能，同时也具有很好的高温循环性能，具有重要应用价值。

技术领域

本发明涉及一种高电压锂离子电池正极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

能源是人类繁衍生存的物质基础，人类社会的发展离不开优质能源的使用和新型先进能源的开发，目前，以石油、煤炭、天然气为主要代表的化石能源依然是全球能源的基础。但随着科技的进步和人类需求的极速增长，对现有化石能源的过度开发和不当使用使我们面临着严峻的能源危机和环境污染。传统能源面临的巨大危机促进了如风能、太阳能、核能等新能源的快速发展，而作为二次能源的电能，由于其生产方便，传输快速安全，使用过程清洁无污染而被广泛研究和发展。1990年索尼公司以石油焦为负极，LiCoO₂为正极，首次将锂离子推向市场。此后，锂离子电池广泛地应用于多样化的便携式电子产品中，如电子手表、手机、数码相机、笔记本电脑等。

在锂离子电池正极材料中，按照结构的不同主要分为以下三种常见的正极材料：层状结构的LiMO₂(M＝Ni，Co，Mn)，橄榄石型的LiMPO₄(M＝Fe，Mn，Ni，Co)和尖晶石结构的LiM₂O₄(M＝Mn，Ni)。其中尖晶石结构的LiMn₂O₄电极材料因为低成本、环境友好、易制备及高安全性等优点而备受关注。在进一步的改性研究中，研究者发现LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极材料仍然保持着八面体的尖晶石结构，它的电压平台在4.7V左右(高于LiMn₂O₄的4.0V)，高的工作电压大大增加了电池的安全。但同时，镍锰尖晶石材料自身也存在以下缺陷，比如：高工作电压下，电解液易侵蚀LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极材料；材料中的Mn³⁺引起的姜泰勒效应以及其自氧化还原导致Mn的溶解，降低了LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极材料的循环稳定性，特别是高温下的稳定性，以及可逆性也大大降低，在高倍率下测试出的电化学性能也不尽人意。

目前，已有报道采用离子掺杂的方式对LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石材料进行改性研究，很多金属离子可以掺杂到LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石的晶格中，一定程度上能够改善iNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石材料的电化学性能，但大部分材料在高温、高倍率下的电化学性能仍然不够优越，因此，通过对离子掺杂工艺的优化，而得到一种在高温、高倍率下的电化学性能优越的尖晶石材料非常有必要。

发明内容