富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域。富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1‑a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1‑a)LiNi0.5Mn0.5O2，其中0.01≤a≤0.3。正极材料包括上述富锂锰材料。正极片涂覆上述正极材料。锂离子电池正极材料活性物质为上述富锂锰材料，负极材料活性物质为SiO/C复合材料。本发明专利技术缓解了现有正极材料比容量不高、首次效率低以及负极材料库伦效率低、循环性能差的缺陷。本发明专利技术的锂离子电池通过正、负极材料的相互配合，得到的锂离子电池具有高比能量和高安全性，电池能量密度大于320Wh/kg。 1

Lithium rich manganese material, lithium ion battery cathode material, lithium ion battery cathode plate, lithium ion battery and preparation method thereof

The invention discloses a kind of lithium rich manganese material, a lithium ion battery positive electrode material, a lithium ion battery positive electrode, a lithium ion battery and a preparation method, which relate to the technical field of lithium ion battery. The molecular formula of lithium rich manganese materials is aLi2MnO3 (1) a (LiNi0.5Mn1.5O4) (1 a a) LiNi0.5Mn0.5O2, of which 0.01 is less than a or less than 0.3. The cathode materials include the above - rich lithium manganese material. The positive electrode is coated with the positive electrode. The active material of lithium ion battery cathode material is the lithium rich manganese material, and the active material of negative electrode is SiO/C composite material. The invention alleviates the defects of low specific capacity of the existing cathode materials, low first efficiency, low efficiency of the negative material Kulun and poor cycling performance. The lithium ion battery of the invention has high specific energy and high safety, and the energy density of the battery is greater than 320Wh/kg. One

【技术实现步骤摘要】
富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种富锂锰材料、锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
新能源汽车的重要瓶颈在于电池的续航里程。目前，国内新能源汽车仍然在采用磷酸铁锂和三元锂电池，车型续航里程基本上都能够达到300公里，但是电池系统平均能量密度水平仅为115Wh/Kg。2017年3月份，国家工信部等四部委联合颁布《促进汽车动力电池发展行动方案》，指出到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量超过300Wh/kg；系统比能量力争达到260Wh/kg、成本降至1元/瓦时以下。到2025年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500Wh/kg。提高锂离子电池比能量主要的手段是提高正极的容量和电压，以及提高负极的容量两个方面，当然，减少非活性物质(例如，正负极材料的集流体、隔膜、电解液、电池外壳等)的重量也可以提高电池比能量，但这些手段非常有限，且会带来一些安全风险。目前锂离子动力电池的正极材料LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4能量密度不高，高镍三元材料(Ni含量大于0.7)在提升材料的容量的同时，也带来了热稳定性差和循环性能差的问题。富锂锰xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M＝Mn,Ni,Co,Ni0.5Mn0.5,Cr,Ni1/3Co1/3Mn1/3,Fe…)为正极材料的锂离子电池具有能量密度高(大于250Wh/kg)、锰资源丰富、价格便宜等优势，应用前景广阔。专利CN102544475A公开了富锂锰酸锂固溶体正极材料的制备方法，材料的化学通式为Li2MnO3-LiMO2，其中M为Ni、Co、Mn等过渡金属中的至少一种，组装扣式电池测试，放电比容量高达245～271mAh/g。专利CN102013481A公开了一种球形梯度富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)Li[Ni0.4Co0.2Mn0.4]O2(0.1≤x≤0.4)，首次放电比电容量为242mAh/g，50次循环后比容量为221mAh/g，存在首次不可逆容量，库伦效率较低，且循环稳定性差的缺陷。专利CN107123793A公开了一种层状富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的制备方法，富锂锰基正极材料在1C倍率下充放电循环600次比容量180mAh/g，但在富锂锰电池中，存在富锂锰材料首次效率低、充放电过程产气、倍率性能差，循环过程中电压下降等问题，严重地影响了富锂锰电池的应用。另外，这些仅仅是半电池(正极材料/金属锂)，还未制作成全电池得以应用。另一方面，对于目前的锂离子动力电池的负极主要是采用高容量的硅负极材料，硅基材料理论比容量达4200mAh/g，可是，存在首次库伦效率低的缺陷，且在嵌脱锂的过程中具有很大的体积效应，体积膨胀率>300％，导致在充放电过程中材料的粉化、脱落，造成电池循环性能差。因此，由以上正负极材料组成的锂离子电池，虽然理论上比能量密度较高，但是实际应用中，由于材料本身存在一些缺点，造成组成的电池首次效率低，循环性能较差，且容易气胀，安全性能差等，难以实际应用。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种富锂锰材料，该富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1-a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1-a)LiNi0.5Mn0.5O2(0.01≤a≤0.3)，该材料具有高比容量、循环稳定性好、较好的倍率性、首次库伦效率高的优点，材料的比容量大于230mAh/g。本专利技术的目的之二在于提供一种包含上述富锂锰材料的锂离子电池正极材料，具有与上述富锂锰材料相同的优势，材料的比容量高。本专利技术的目的之三在于提供一种涂覆有上述锂离子电池正极材料的锂离子电池正极片，具有与锂离子电池正极材料相同的优势，正极片比容量高，循环稳定性好。本专利技术的目的之四在于提供一种包括上述富锂锰材料、锂离子电池正极材料或锂离子电池正极片的锂离子电池，具有与上述富锂锰材料、锂离子电池正极材料和锂离子电池正极片相同的优势。优选提供了一种典型的锂离子电池，采用上述的锂离子电池正极片，具有与上述正极片相同的优势，同时负极片上的负极材料活性物质采用SiO/C复合材料，材料首次效率≥85％，比容量≥500mAh/g，对金属锂平台电压0.2V，不易析锂，更安全，另外，SiO在嵌锂时体积膨胀率比硅小很多，通过正、负极材料的相互配合，得到的锂离子电池具有高比能量和高安全性，电池能量密度大于320Wh/kg。本专利技术的目的之五提供一种锂离子电池的制备方法，该方法将正极片、负极片和隔膜进行组装，并注入电解液，得到锂离子电池，操作简单，易于工业化生产。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：根据本专利技术的第一个方面，提供了一种富锂锰材料，富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1-a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1-a)LiNi0.5Mn0.5O2，其中0.01≤a≤0.3。Li2MnO3为层状结构锰酸锂，LiNi0.5Mn1.5O4为尖晶石型镍锰酸锂，LiNi0.5Mn0.5O2为层状结构镍锰酸锂。本专利技术提供的aLi2MnO3·(1-a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1-a)LiNi0.5Mn0.5O2(0.01≤a≤0.3)材料是由物质的量比例为a：(1-a)：(1-a)的层状结构Li2MnO3、尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4和层状LiNi0.5Mn0.5O2形成的固溶体材料。a典型但非限制性的取值例如为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.2、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29或0.3。典型的富锂锰材料例如为0.05Li2MnO3·0.95LiNi0.5Mn1.5O4·0.95LiNi0.5Mn0.5O2、0.1Li2MnO3·0.9LiNi0.5Mn1.5O4·0.9LiNi0.5Mn0.5O2、0.15Li2MnO3·0.85LiNi0.5Mn1.5O4·0.85LiNi0.5Mn0.5O2、0.2Li2MnO3·0.8LiNi0.5Mn1.5O4·0.8LiNi0.5Mn0.5O2或0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn1.5O4·0.7LiNi0.5Mn0.5O2。该材料含有特定物质的量比例的Li2MnO3、LiNi0.5Mn1.5O4和LiNi0.5Mn0.5O2，既具有富锂正极材料的高容量特性，又具有尖晶石锂镍锰氧正极材料的高倍率性能，该成分材料具有高比容量、循环稳定性好、较好的倍率性、首次库伦效率高等优点，比容量大于230mAh/g。该材料可以采用常规的富锂锰基材料的制备方法制备得到，例如共沉淀法、溶胶-凝胶法、固相法、燃烧法、水热法等。优选地，aLi2MnO3·(1-a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1-a)LiNi0.5Mn0.5O2(0.01≤a≤0.3)材料的制备方法包括以下步骤：a)按物质的量比例配制镍前驱体和锰前躯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富锂锰材料，其特征在于，所述富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1‑a)

【技术特征摘要】
1.一种富锂锰材料，其特征在于，所述富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1-a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1-a)LiNi0.5Mn0.5O2，其中0.01≤a≤0.3。2.按照权利要求1所述的富锂锰材料，其特征在于，所述富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1-a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1-a)LiNi0.5Mn0.5O2，其中0.05≤a≤0.2；优选地，所述富锂锰材料的分子式为aLi2MnO3·(1-a)LiNi0.5Mn1.5O4·(1-a)LiNi0.5Mn0.5O2，其中0.05≤a≤0.15；优选地，所述富锂锰材料的D50为6～15μm，比表面积为0.15～0.85m2/g。3.包括权利要求1或2所述的富锂锰材料的锂离子电池正极材料。4.按照权利要求3所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料包括富锂锰材料、正极导电剂和正极粘结剂，富锂锰材料、正极导电剂和正极粘结剂的质量比为(89～96)：(1～4)：(3～7)；优选地，正极导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或几种；优选地，正极粘结剂包括聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶型橡胶、氟类橡胶或乙烯丙烯二烯橡胶中的一种或几种，优选聚偏氟乙烯。5.涂覆有权利要求3或4所述的锂离子电池正极材料的锂离子电池正极片。6.包括权利要求1-2任一项所述的富锂锰材料、权利要求3-4任一项所述的锂离子电池正极材料或权利要求5所述的锂离子电池正极片的锂离子电池。7.按照权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，包括所述的锂离子电池正极片、负极片、介于正负极片之间的隔膜以及电解液；所述负极片涂覆有锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料的活性物质为SiO/C复合材料。8.按照权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，SiO/C复合材料的D50为3～15μm，比表面积为0.5～6m2/g；优选地，所述锂离子电池负极材料包括SiO/C复合材料、负极导电剂和负极粘结剂，SiO/C复合材料、负极导电剂和负极粘结剂的质量比为(89～97)：(1～4)：(2～7)；优选地，负极导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纤维或碳纳米管中的一种或几种；优选地，负极粘结剂包括海藻酸钠、海藻酸锂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的一种或几种，优选海藻酸锂；优选地，电解液包括电解质和溶剂；电解质为锂盐；优选地，锂盐在电解液中的摩尔浓度为1.2～2.0mol/L；优选地，锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiNO3、Li2CO3、LiCl、LiCF3SO3、LiFSI、LiClO4、LiBOB、LiDFOB或LiAsF6中的一种或几种，优选LiPF6；优选地，溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘三兵，
申请(专利权)人：浙江吉利汽车研究院有限公司，浙江吉利控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33