[发明专利]一种锂电池正极材料及其制备方法、以及锂电池

说明书

本申请涉及一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料为表面包覆有包覆层的尖晶石镍锰酸锂，所述包覆层中包含Li_aB_bO_c和LiMnBO₃；所述尖晶石镍锰酸锂的结构式为LiM_x+yNi_0.5‑xMn_1.5‑yO₄，其中，M选自Co、Al、Cr、Fe、Mg、Zr或Ti中的至少一种，0≤x<0.2、0≤y<0.2；所述Li_aB_bO_c具体为LiBO₂、LiB₃O₅、LiB₅O₈、LiB₇O₁₁、Li₂B₄O₇、Li₃BO₃、Li₃B₅O₉、Li₃B₇O₁₂、Li₄B₂O₅或Li₄B₆O₁₁中的至少一种；用尖晶石镍锰酸锂与硼的化合物混合烧结，不仅提高了尖晶石镍锰酸锂的循环稳定性，而且抑制尖晶石镍锰酸锂在电解液中的锰溶出。其改性工艺适用于所有尖晶石镍锰酸锂正极材料，简单易行，制造成本低，重现性好，便于大规模工业化生产。

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料及其制备方法、以及锂电池。

背景技术

锂离子电池相对于传统的铅酸电池、镍氢电池等二次电池有着能量密度高、输出电压高、自放电低、无记忆效应和环境友好等优点而得到了广泛的应用与开发。动力和储能锂离子电池关键材料的性能是电池性能的最终决定性因素，正极材料的研究一直是科学工作者关注的热点。LiCoO₂、LiMnO₄、LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂等正极材料已得到广泛的研究。但这些正极材料组装的锂离子电池体系存在比能量密度低、成本高、安全性差等缺陷，难以满足电动车对储能电池的要求。

尖晶石镍锰酸锂正极材料由于其倍率性能优异、工作电压高、成本低廉等优点，一直是锂离子电池正极材料的研究热点。但是尖晶石镍锰酸锂正极材料表面结构不稳定、循环过程中的金属锰溶出等缺点严重抑制了尖晶石镍锰酸锂正极材料的大规模应用。

为了开发性能优异的尖晶石镍锰酸锂正极材料，满足电动车对电池倍率性能的要求，研究者已研发公开了多种技术手段对尖晶石镍锰酸锂正极材料进行改性。如，

改性方法之一：通过液相包覆得到氢氧化铝包覆的镍锰酸锂材料，然后置入马弗炉中300～450℃热处理得到氧化铝包覆改性的镍锰酸锂正极材料，改性后的镍锰酸锂正极材料较未包覆材料提高了约10％。

改性方法二：采用溶胶-凝胶法与固相法相结合，从而使得在LiNi_0.5Mn_1.5O4材料包覆的Li₂TiO₃分布均匀，最终制得的正极材料的均匀性良好，使得制得的正极材料具有良好的循环性能和倍率性能。

改性方法三：通过在前躯体制备过程中加入微波敏感物质氧化锆，促使反应物料有效吸收微波快速升温至反应温度700-950℃，显著缩短产品的微波烧成时间至1-10分钟；在高温下镍锰酸锂材料烧成的同时，氧化锆与Li源反应在镍锰酸锂表面生成锂离子导体Li₂ZrO₃包覆层，显著提升产品的循环性能和倍率性能。