CN108155365A - 一种锂离子电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池正极材料技术领域。本发明锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂，还包括添加剂、功能性材料；本发明锂离子电池正极材料通过添加特殊的添加剂、功能性材料，不仅可以大幅缩短锂电池正极材料的制程，混料球磨时间2‑5h，混料球磨时间短，极大提升正极材料制备效率，同时还可大幅提升锂电池的性能，能量能够有效改善电极材料在充放电过程产生的体积膨胀，同时改善电池的库伦效率和循环稳定性。

Description

一种锂离子电池正极材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种锂离子 电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度高、功量密度高、寿命长的二次电池， 随着化石能源的减少和环境污染的严重，在现代社会中逐渐起着不可 替代的作用。随着3C产品的发展，要求手机、相机、笔记本等的待机 时间逐渐增长，对锂离子二次电池的能量密度要求逐渐严格。电动汽 车、智能电网等产业的快速发展，锂离子动力电池的需求量急剧上升， 新能源汽车要求单体电池的能量密度大于300Wh/kg，循环寿命大于 2000次。这就需要锂离子动力电池具有单体能量密度高，循环稳定性 好，安全性能优异等特点。正极材料是决定锂离子电池能量密度的关 键性材料。要提高锂离子电池的能量密度主要有两个途径：一个是提高材料的比容量，另外一个途径就是提高材料的充放电电压。

常见的正极材料有LiCoO2、LiNi0.8Co0.2O2、LiNil/3Col/3Mn1/302 和LiFePO4等，放电电压平台低于4V，要获得高电压，需串联多只单 体电池，导致维护不便、安全性能不好等问题，还会影响电池的功率 密度和能量密度。LiMn2O4放电电压虽有4.1V，但存在Jahn—Teller 效应，导致容量及循环稳定性都不理想。过度金属掺杂尖晶石型锰酸 锂LiMn2-xMxO4(M＝Ge，Fe，Co，Zn，Ni，Cr，Cu)拥有5V左右的 高电压平台，且容量较高。其中，尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4与锰酸锂 一 样是具有三维锂离子通道的正极材料，可逆容量为146.7mAh/g，与锰 酸锂的差不多，但电压平台为4.7V左右，比锰酸锂的4V电压平台要 高出15％以上，且高温下的循环稳定性也比原有的锰酸锂有了质的提 升，被认为是一种有潜力的高能量密度锂离子电池正极材料。然而， LiNi0.5Mn1.5O4在充放电循环中，和LiMn2O4一样，可能发生的Mn 的溶解和材料颗粒的崩裂，恶化了的循环稳定性。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种锂离子电池正极材料及其制 备方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

一种锂离子电池正极材料，包括锰源、磷源、锂源、活性材料和 粘结剂，还包括添加剂、功能性材料，所述锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源20-30 份、磷源20-30份、锂源22-35份、活性材料20-50份、粘结剂10-17份、添加剂5-10份、功能性材料15-25份。

优选的，所述锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂、添加剂、 功能性材料的用量为以下重量份：锰源23-27份、磷源23-27份、锂源 25-32份、活性材料30-40份、粘结剂12-15份、添加剂6-8份、功能 性材料18-23份。

优选的，所述活性材料为磷酸铁锂。

优选的，所述功能性材料为浓度50％的硝酸铁锂溶液。

优选的，所述添加剂为LiXMYMn1-YO2；其中0.8≤x≤1，0.7≤ y≤0.9，其中，M为Fe²⁺。

优选的，所述粘结剂为海藻酸钠、壳聚糖、羟甲基纤维素钠、聚 丙烯酸中的一种。

优选的，所述锰源为锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸盐、锰 的硝酸盐中的至少一种。

优选的，所述磷源为括磷酸二氢铵。

优选的，所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀，在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料，利用湿法球磨共混2-5h，然后在氮气或氩气保 护气氛中450-500℃煅烧2-3h，煅烧结束后，冷却至室温，粉碎，即可。

本发明提供一种锂离子电池正极材料，与现有技术相比优点在于：

本发明锂离子电池正极材料通过添加特殊的添加剂、功能性材料， 不仅可以大幅缩短锂电池正极材料的制程，混料球磨时间2-5h，混料 球磨时间短，极大提升正极材料制备效率，同时还可大幅提升锂电池 的性能，能量能够有效改善电极材料在充放电过程产生的体积膨胀， 同时改善电池的库伦效率和循环稳定性；

本发明锂离子电池正极材料制备方法简单，成本低廉，克服了锂 离子电池因为保护板自放电而造成失效的缺陷，从而改善整个电池组 的自放电，实现延长锂电池存放时间的目的，保证用户使用完用电器 而不充电的情况下可以储存较长的时间。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合 本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂，还包括添加剂、功能性材料，且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源20份、 磷源20份、锂源22份、活性材料20份、粘结剂10份、添加剂5份、 功能性材料15份；

其中，活性材料为磷酸铁锂；功能性材料为浓度50％的硝酸铁锂 溶液；

添加剂为Li_0.8M_0.7Mn_0.3O2，其中，M为Fe²⁺；粘结剂为海藻酸钠； 锰源为锰的氯化物；磷源为括磷酸二氢铵；锂源为碳酸锂；

本实施例锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀，在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料，利用湿法球磨共混2h，然后在氮气或氩气保护 气氛中450℃煅烧2h，煅烧结束后，冷却至室温，粉碎，即可。

实施例2：

本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂，还包括添加剂、功能性材料，且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源30份、 磷源30份、锂源35份、活性材料50份、粘结剂17份、添加剂10份、 功能性材料25份；

其中，活性材料为磷酸铁锂；功能性材料为浓度50％的硝酸铁锂 溶液；添加剂为Li_0.8M_0.7Mn_0.3O2，其中，M为Fe²⁺；粘结剂为壳聚糖； 锰源为锰的氧化物；磷源为括磷酸二氢铵；锂源为氢氧化锂；

本实施例锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀，在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料，利用湿法球磨共混5h，然后在氮气或氩气保护 气氛中500℃煅烧3h，煅烧结束后，冷却至室温，粉碎，即可。

实施例3：

本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂，还包括添加剂、功能性材料，且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源25份、 磷源25份、锂源29份、活性材料35份、粘结剂14份、添加剂8份、 功能性材料20份；

其中，活性材料为磷酸铁锂；功能性材料为浓度50％的硝酸铁锂 溶液；添加剂为Li₁M_0.9Mn_0.1YO2；其中，M为Fe²⁺；粘结剂为羟甲基 纤维素钠；锰源为锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸盐混合而成； 磷源为括磷酸二氢铵；锂源为碳酸锂；

本实施例锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀，在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料，利用湿法球磨共混3.5h，然后在氮气或氩气保 护气氛中480℃煅烧2.5h，煅烧结束后，冷却至室温，粉碎，即可。

实施例4：

本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂，还包括添加剂、功能性材料，且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源23份、 磷源23份、锂源25份、活性材料30份、粘结剂12份、添加剂6份、 功能性材料18份；

其中，活性材料为磷酸铁锂；功能性材料为浓度50％的硝酸铁锂 溶液；添加剂为Li₁M_0.9Mn_0.1O2；其中，M为Fe²⁺；粘结剂为聚丙烯酸； 锰源为锰的硫酸盐、锰的硝酸盐混合而成；磷源为括磷酸二氢铵；锂 源为碳酸锂；

本实施例锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀，在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料，利用湿法球磨共混3h，然后在氮气或氩气保护 气氛中460℃煅烧2.8h，煅烧结束后，冷却至室温，粉碎，即可。

实施例5：

本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂，还包括添加剂、功能性材料，且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源27份、 磷源27份、锂源32份、活性材料40份、粘结剂15份、添加剂8份、 功能性材料23份；

其中，活性材料为磷酸铁锂；功能性材料为浓度50％的硝酸铁锂 溶液；添加剂为Li_0.8M_0.7Mn_0.3O2；其中，M为Fe²⁺；粘结剂为羟甲基 纤维素钠；锰源为锰的硝酸盐；磷源为括磷酸二氢铵；锂源为碳酸锂；

本实施例锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀，在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料，利用湿法球磨共混4h，然后在氮气或氩气保护 气氛中490℃煅烧2.2h，煅烧结束后，冷却至室温，粉碎，即可。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域 的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术 方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改 或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案 的精神和范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极材料，包括锰源、磷源、锂源、活性材料和粘结剂，其特征在于，还包括添加剂、功能性材料，所述锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源20-30份、磷源20-30份、锂源22-35份、活性材料20-50份、粘结剂10-17份、添加剂5-10份、功能性材料15-25份。

2.根据权利要求1所述锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份：锰源23-27份、磷源23-27份、锂源25-32份、活性材料30-40份、粘结剂12-15份、添加剂6-8份、功能性材料18-23份。

3.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料，其特征在于：所述活性材料为磷酸铁锂。

4.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料，其特征在于：所述功能性材料为浓度50％的硝酸铁锂溶液。

5.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料，其特征在于：所述添加剂为Li_XM_YMn_{1- Y}O₂；其中0.8≤x≤1，0.7≤y≤0.9，其中，M为Fe²⁺。

6.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料，其特征在于：所述粘结剂为海藻酸钠、壳聚糖、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸中的一种。

7.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料，其特征在于：所述锰源为锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸盐、锰的硝酸盐中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料，其特征在于：所述磷源为括磷酸二氢铵。

9.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料，其特征在于：所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。

10.一种如权利要求1-9任一所述锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按照重量份称取各个原料；

S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀，在加入活性材料、粘结剂、添加剂及功能性材料，利用湿法球磨共混2-5h，然后在氮气或氩气保护气氛中450-500℃煅烧2-3h，煅烧结束后，冷却至室温，粉碎，即可。