[发明专利]改性尖晶石型正极材料及其制备方法与锂离子电池正极片

说明书

本发明提供了一种改性尖晶石型正极材料，所述改性尖晶石型正极材料包括镍锰酸锂和掺杂的金属氧化物MO_x，其中所述金属氧化物MO_x与所述镍锰酸锂的质量比为(0.01至1):(99.99至99)；所述金属氧化物MO_x中的M呈二价以下的价态。本发明提供的改性尖晶石型正极材料，通过掺杂低价态金属氧化物，有效的抑制了循环过程中锰的溶出或晶体结构退化，提高了电池材料体系的循环稳定性；所述改性尖晶石型正极材料的制备方法，通过添加低价态的金属氧化物前驱体与镍锰酸锂进行共烧结，抑制了合成过程中四价锰向三价锰的转变，从而提高了制备的晶体结构稳定性，进一步提高了电池体系的稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种改性尖晶石型正极材料，尤其涉及改性尖晶石型正极材料及其制备方法与锂离子电池正极片。

背景技术

尖晶石镍锰酸锂具有较高的反应电位(＞4.6V)，以及较高的理论比容量(＞140mAh/g)，而被应用于高能量密度的动力电池体系。然而，在充放电过程中，由于三价Mn元素存在Jahn-Teller效应，易发生歧化反应，导致晶体结构剧烈变化，大幅度降低电池的充放电性能。针对该材料的电池体系改善，多集中在电解液的改良，针对材料本身的改良还具有许多空间。

如何能够在尖晶石镍锰酸锂材料中，解决三价锰在循环过程中产生的姜-泰勒效应，阻止晶体结构发生剧烈变化，从而能够提高电池的充放电性能，是锂离子电池正极材料亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种改性尖晶石型正极材料及其制备方法与锂离子电池正极片，通过掺杂金属M呈二价以下价态的金属氧化物MO_x在镍锰酸锂中，抑制了正极材料中四价锰转变为三价锰，从而阻止了Jahn-Teller效应的产生，稳定了晶格结构，抑制了锰元素的溶出，提升了电池整体的稳定性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性尖晶石型正极材料，所述改性尖晶石型正极材料包括镍锰酸锂和掺杂的金属氧化物MO_x，其中

所述金属氧化物MO_x与镍锰酸锂的质量比为(0.01至1):(99.99至99)；

所述金属氧化物MO_x中的M呈二价以下的价态。

所述金属氧化物MO_x与镍锰酸锂的质量比为(0.01至1):(99.99至99)，例如可以是0.01:99.99、0.1:99.9、0.2:99.8、0.5:99.5或1:99，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明提供的改性尖晶石型正极材料，通过含有呈二价以下价态的低价态金属元素，以氧化物形式掺杂在尖晶石型镍锰酸锂中，能够有效抑制在循环过程中四价锰转变为三价锰，减少因体系中存在三价锰而产生的Jahn-Teller效应，提升了晶体结构的稳定性，从而提高了电池的稳定性和循环性能。

当掺杂的金属氧化物MO_x中的M超过二价价态时，无法抑制锰的价态从四价向三价转变，从而影响材料整体的稳定性。

优选地，所述镍锰酸锂的化学式为LiNi_yMn_2-yO₄，其中，0.2≤y≤0.8，例如可以是0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7或0.8，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。