[发明专利]正极材料及其制备方法、正极极片和锂离子电池

说明书

本发明提供了正极材料及其制备方法、正极极片和锂离子电池。正极材料包括：基体材料；橄榄石包覆层，包覆所述基体材料；其中，所述基体材料为富锂锰基材料。外层的橄榄石材料可以有效地减缓电压的衰减，提高电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地，涉及正极材料及其制备方法、正极极片和锂离子电池。

背景技术

最近，层状富锂锰基氧化物可以达到200mAh/g以上的比容量，再加上其具有电压稳定性及良好的循环寿命等特点可被期望为给混合动力电动汽车和纯电动汽车提供能量的候选者。

然而，层状富锂锰基氧化物正极材料存在很多缺陷，包括充放电过程中电压衰减以及较差的倍率性能。除此之外，富锂材料还存在会和电解液发生副反应，过渡金属离子的溶解及电压衰减等问题，因此在大规模的能源储存和电动汽车行业将会受到限制。

表面包覆对于Li⁺电池正极来说是一种简单又非常有效果的方法，也因此被认为是十分优异的一种工艺。包覆的材料一般是金属氧化物、磷酸盐和氟化物，例如Al₂O₃、MgO，ZrO₂、TiO₂、ZnO等。这是因为可以阻止氢氟酸对活性材料的侵蚀，减少副反应的发生，提高它的循环稳定性。但是，大多数的包覆材料(Al₂O₃、ZrO₂、AlPO₄等)会阻碍Li⁺的迁移。但这个方法降低了表面的电子传导率，降低了电池的倍率特性和大电流充放电特性。如何兼顾正极材料的表面保护、维持或提高材料的表面电子传导是一个艰巨的任务。

发明内容

本发明采用一种独特的核-壳结构进行了橄榄石包覆富锂锰基正极材料。该核-壳结构的核为富锂锰基正极材料，壳层为橄榄石(磷酸锰锂、磷酸镁锂)，外层的橄榄石材料可以有效地减缓电压的衰减，提高电池的循环稳定性，对于富锂材料来说是一种较为理想的包覆材料。

本发明提供了一种正极材料，包括：

基体材料；

橄榄石包覆层，包覆所述基体材料；

其中，所述基体材料为富锂锰基材料。

在上述正极材料中，其中，所述正极材料为核壳结构，核为所述基体材料，壳为所述橄榄石包覆层。

在上述正极材料中，其中，所述橄榄石包覆层包括磷酸锰锂、磷酸镁锂。

本发明还提供了一种正极极片，包括：

集流体；

活性物质层，设置在所述集流体上；

其中，所述活性物质层包括根上述正极材料。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述正极极片。

本发明还提供了一种制备正极材料的方法，包括：

称取富锂锰基锂离子基体材料并分散于表面活性剂中，搅拌，得到基体溶液；

在所述基体溶液中加入金属离子盐，搅拌，加入磷酸盐，并转移到水浴锅中，反应，过滤得到粉末，将粉末洗涤干燥，并与锂盐混合，进行热处理，得到正极材料。

在上述方法中，其中，所述金属离子盐包括Mn或者Mg盐。

在上述方法中，其中，所述热处理的温度为450-500℃，所述热处理的时间为5h，所述热处理的升温速率为1-5℃min^-1。

在上述方法中，其中，所述反应包括在60℃反应6h。