一种锂离子电池正极材料及其制备方法，本发明专利技术的目的是提供一种比容量高，倍率性能和循环性能好和高低温性能兼容且工艺成本低的一种锂离子电池正极材料及其制备方法。锂离子电池正极材料的分子结构式为ＬｉａＭｎｂＦｅｃＭｄＯ２，加工步骤为（１）制备浆料，（２）制备凝胶，（３）凝胶干燥、烧结。本发明专利技术与现有技术比较具有比容量高，倍率性能和循环性能好，高低温性能兼容（－２０℃～＋５０℃）且工艺简单及成本低的显著优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池材料，特别是。
技术介绍
目前商品化的锂离子电池正极材料的实际放电容量较低，不能满足电动汽车及 混合动力电车的需求。锂锰氧化物正极材料因资源丰富、成本低而备受研究者的青睐，主 要分为尖晶石型LiMn204、层状LiMnA和层状Li2MnO3。尖晶石型LiMn2O4理论放电容量 148mAh/g，实际放电容量只有120mAh/g左右，同时由于循环稳定性差和高温容量衰减等 缺点在一定程度上制约了其发展。层状结构的LiMnO2理论放电容量为^5mAh/g，实际容 量可达190mAh/g，但是由于该材料难于合成，并在循环过程中因Mn3+发生Jahn-Teller变 形使材料结构向尖晶石型转变，导致电池容量衰减，使层状LiMnA的研究和应用曾一度 停滞。层状Li2MnO3 (也可以写成富锂材料Li O2)中Mn是+4价，不能继续被氧 化，Li2MnO3材料曾被认为是非电化学活性的，而+4价的Mn不发生Jahn-Teller变形，所 以该材料的层状结构非常稳定。近年来，研究者提出以Li2MnO3为稳定相的富锂复合层状 正极材料 XLi2MnO3 · (1-x)LiMO2(其中 M = Mn、Ni、Co、Fe 等)(如文献 J. Mater. Chem.， 2007,17,3112 ；Adv. Mater.，2001，13,943 J. Electrochem. Soc.，2002，149，A778 J.Power Sources,2003，124，533 ;J. Electrochem. Soc.，2005，152，A1879 ;J.Power Sources,2005， 146,598 J.Power Sources, 2010,195,834 ；US2002/0064498A1)，其具有结构稳定、比容量 高的优点，而且锰资源丰富，价格低廉且环境友好，成为最有潜力的动力锂离子电池正极材 料。但在实际的应用中，由于材料合成难，电导率较低，导致材料的循环寿命差，容量 衰减快，倍率性能不好，首次充放电效率较低，低温性能差。因此，迫切寻找一种制备和改性 富锂复合层状XLi2MnO3 · (I-X)LiMO2化合物的新方法，使其具有较好的可逆容量、循环性能 和倍率充放电性能，并且合成制造工艺简单，成本低廉，批次稳定性好，以满足动力电池性 能要求。目前，复合层状正极材料常用的制备方法主要有共沉淀法(如 US2009/0297947A1, US2002/0064498A1, CN100426569C, Journal of Power Sources. 2007, 174(2) :565)，溶胶-凝胶法(如 Journal of Power Sources. 2002,112(2) 634 ;J. Phys. Chem. C. 2009,113 :17936 Journal of Power Sources. 2010,195(21) :7391)，高温固相 法(如 Journal of The Electrochemical Society,2005,152(1) :A171 ；Solid State Ionics, 1999,117 :257 Journal of Power Sources，2006，162 :629)，燃烧法(如 Solid State Ionics. 2005,176(11-12) :1035 Journal of Power Sources. 2004,129(2) :288; Journal of Power Sources. 2009，189 (1) 248)等。在这些合成方法中，都存在各自的优 缺点，比如固相反应工艺简单，但是能耗大，而且原料混合不均勻；其它的软化学法如共沉 淀法，溶胶凝胶法可以使原料的混合达到原子级水平，但是反应过程要严格控制溶液的PH值、浓度、反应温度等条件，工艺非常复杂。燃烧法工艺相对简单，也可以保证原料的均勻混 合，但由于反应过程中会放出大量气体，产物收集困难。综上所述，目前的软化学法都不适 合工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种比容量高，倍率性能和循环性能好和高低温性能兼容且 工艺成本低的。本专利技术的技术方案是，一种锂离子 电池正极材料，其特征在于所述锂离子电池正极材料的分子结构式为LiaMnbFecMdO2，式中 M 为稀土元素 Sc、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 的一种或多种，而且 l^a^l.5,0<b^l,0<c^l,0<d^0. 1，且 a+b+c+d = 2。一种制备锂离子电池 正极材料的方法，其特征在于有以下步骤(1)按照1 1. 5 0 1 0 1 0 0. 1 的比例称取Li源、Mn源、!^e源、稀土离子掺杂源加入球磨罐中，再加入有机单体和分散剂球 磨12-48小时混合成均勻的浆料，所述有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰 胺、丙烯酸中的一种，其中单体的加入量为Li源、Mn源、狗源和稀土离子掺杂源总质量的 2wt 20wt% ；所述的分散剂为聚乙二醇、乙醇、水、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、柠檬酸铵、 聚乙烯醇中的一种或多种，分散剂加入量为Li源、Mn源、狗源和稀土离子掺杂源总质量的 Iwt 20wt%;(2)上述步骤⑴的浆料中加入交联剂、引发剂、催化剂，制备凝胶，所述交联 剂为N，N’亚甲基双丙烯酰胺、明胶中的一种，其中交联剂的加入量为单体质量的2wt% IOwt% ；所述引发剂为过硫酸铵、过氧化氢中的一种，引发剂的加入量为有机单体质量的 10wt% ；所述催化剂为四乙基乙二胺，催化剂的量为单体的量的 5wt% ；(3)将上述工艺步骤O)的凝胶置于干燥箱中，在60°C 150°C下进行干燥，得到干凝胶；(4)将步骤(3)的干凝胶置于微波炉中，低火、中火或高火处理1 60分钟，再置于马弗炉 中，在富氧或空气气氛中于500°C 900°C烧结2-12小时，即可得到本专利技术所述锂离子电池 正极材料。本专利技术与现有技术比较具有比容量高，倍率性能和循环性能好，高低温性能兼容 (_20°C +50°C )且工艺简单及成本低的显著优点。具体实施例方式本专利技术的实施方案是本专利技术提供的正极材料的组成为LiaMnbFe。Md02，其中M为稀土元素钪&、镧La、镨 ft·、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱％、镥Lu的一种或多 种，而且 1 彡 a 彡 1. 5，0 < b 彡 1，0 < c 彡 1，0 < d 彡 0. 1，且 a+b+c+d = 2。本专利技术的正极材料具有层状岩盐结构。本专利技术的制备方法包括以下步骤(1)按照1 1.5 0 1 0 1 0 0.1的比例称取Li源、Mn源、！^e源、 稀土离子掺杂源加入球磨罐中，再加入有机单体和分散剂。其中有机单体和分散剂加入量 分别为Li源、Mn源、狗源、稀土离子掺杂源质量的2 20衬％和1 20wt% ； (2)上述物料在球磨罐中球磨12 48小时混合成均勻的浆料； (3)在浆料中加入交联剂、引发剂、催化剂，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其特征在于：所述锂离子电池正极材料的分子结构式为Ｌｉ↓［ａ］Ｍｎ↓［ｂ］Ｆｅ↓［ｃ］Ｍ↓［ｄ］Ｏ↓［２］，式中Ｍ为稀土元素Ｓｃ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ的一种或多种，而且１≤ａ≤１．５，０＜ｂ≤１，０＜ｃ≤１，０＜ｄ≤０．１，且ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝２。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨书廷，尹艳红，岳红云，曹朝霞，张会双，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：41
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