一种包覆型锰酸锂正极材料、制备方法及锂离子电池技术

技术编号:21897065 阅读:30 留言:0更新日期:2019-08-17 16:35
本发明专利技术提供了一种包覆型锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池,该包覆型锰酸锂正极材料包括LiMn2O4和化学式为AB2O4的包覆层,AB2O4为反尖晶石材料,A为正二价金属元素,B为正三价金属元素。本发明专利技术还提供了该正极材料的制备方法,包括以下步骤:将过渡金属Mn的化合物、含锂化合物混合、烧结、冷却后得到LiMn2O4,然后与含A元素、B元素的添加剂进行混合、焙烧、冷却后得到包覆型尖晶石锰酸锂正极材料。本发明专利技术所提供的包覆型锰酸锂正极材料,具有稳定的反尖晶石包覆层,可以提高材料的结构稳定性,抑制锰在电解液中的溶液和材料在充放电过程中的姜—泰勒效应,能显著改善锂离子电池的循环性能。

A coated lithium manganate cathode material, preparation method and lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型锰酸锂正极材料、制备方法及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
,尤其涉及一种包覆型锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等构成,它的性能与正极材料、负极材料的性能有非常大的关系,而正极材料与电解液的界面副反应是导致锂离子电池衰减的重要因素。所以使正极材料具有结构稳定的表界面是改善锂离子电池循环性能的主要方式之一。目前比较常见的正极材料表界面改性方法包括:(1)颗粒表面形貌的控制,通过调控材料的表面形貌,减少与电解液反应的面积,从而提高材料的循环性能。如公开号为CN102800840B的中国专利公开了一种类球形锰酸锂及其制备方法,减小了材料的比表面积,从而减少了锰的溶解,提高了电池的循环性能。但是这种方法只是对于材料形貌进行了调控,没有能够有效隔绝锰酸锂和电解液的直接接触。(2)表面包覆氧化物、磷酸盐、氟化物等无机材料,通过惰性材料的包覆,隔绝正极材料与电解液的直接接触,减少了锰的溶解,提高了电池的循环性。如公开号CN104134793A的中国专利公开了一种锂离子电池正极材锰酸锂的制备方法,使用掺杂改性锰酸锂包覆普通锰酸锂,可以提高材料的循环性能。但是掺杂改性的锰酸锂在生产过程中容易引入晶体缺陷,导致产品一致性较差,而且这种改性方法对锰酸锂表面发生的副反应减弱的程度影响有效。如公开号CN102054985A的中国专利公开了一种锰酸锂及其制备方法,通过包覆Li、Cr、Co、Ni、Mg、Ga、Sr、Ba、Na、K、Al、Be、B、Ti、Zr、Cu、Zn、Ga、Sn、V或F、Cl、Br、I、S等元素,改善了材料与电解液的相容性,从而改善了高温及常温循环性能和高温存储性能。这种方法在结晶度高的前驱体表面包覆了低结晶度的化合物,因为两种材料的晶体结构不同,包覆材料和内核材料之间会形成新的晶界。极片辊压过程中,会由于锰酸锂材料内部应力较大而发生破裂,导致电池循环性能变差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种包覆型锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池,解决锰酸锂材料循环性能差的问题。一种包覆型锰酸锂正极材料,包括LiMn2O4和化学式为AB2O4的包覆层,AB2O4为反尖晶石材料,A为正二价金属元素,B为正三价金属元素。所述的表面包覆层AB2O4与LiMn2O4的摩尔比为(0.001~0.15):1。优选的,表面包覆层AB2O4与LiMn2O4的摩尔比为(0.001~0.10):1。更优选的,表面包覆层AB2O4与LiMn2O4的摩尔比为(0.001~0.005):1。所述的A元素选自Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ga2+中的一种或多种,B元素选自Al3+、Ti3+、V3+、Mn3+、Fe3+、Co3+中的一种或多种。优选的,A元素选自Mg2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+中的一种或多种,B元素选自Al3+、Ti3+、Mn3+、Co3+中的一种或多种。更优选的,A元素选自Mg2+、Ni2+、Zn2+中的一种或多种,B元素选自Al3+、Ti3+、Co3+中的一种或多种。所述的正极材料X射线衍射图谱中,35~37°呈现两个衍射峰图样,37~39°呈现两个衍射峰图样。优选的,35~37°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.5~1.0,37~39°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.6~1.0;更优选的,35~37°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.65~0.9,37~39°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.8~1.0。所述的AB2O4反尖晶石结构包覆层材料,选自MgAl2O4、MnAl2O4、FeAl2O4、CoAl2O4、NiAl2O4、ZnAl2O4、GaAl2O4、MgTi2O4、MnTi2O4、FeTi2O4、CoTi2O4、NiTi2O4、ZnTi2O4、GaTi2O4、MgV2O4、MnV2O4、FeV2O4、CoV2O4、NiV2O4、ZnV2O4、MgMn2O4、Mn3O4、FeMn2O4、CoMn2O4、NiMn2O4、ZnMn2O4、MgFe2O4、MnFe2O4、Fe3O4、CoFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4、MgCo2O4、MnCo2O4、FeCo2O4、Co3O4、NiCo2O4、ZnCo2O4中的一种或多种。优选的,所述的AB2O4选自MgAl2O4、FeAl2O4、CoAl2O4、NiAl2O4、ZnAl2O4、MgTi2O4、FeTi2O4、CoTi2O4、NiTi2O4、ZnTi2O4、MgMn2O4、FeMn2O4、CoMn2O4、NiMn2O4、ZnMn2O4、MgCo2O4、FeCo2O4、Co3O4、NiCo2O4、ZnCo2O4中的一种或多种;更优选的,所述的AB2O4选自MgAl2O4、NiAl2O4、ZnAl2O4、MgTi2O4、NiTi2O4、ZnTi2O4、MgCo2O4、NiCo2O4、ZnCo2O4中的一种或多种。本专利技术提供一种包覆型锰酸锂正极材料制备方法,包括以下步骤:步骤a)将过渡金属Mn的化合物、含锂化合物混合均匀后,烧结、冷却,得到LiMn2O4;步骤b)将所述LiMn2O4与含A元素、B元素的添加剂进行混合,得到混合物;步骤c)将所述混合物焙烧、冷却后得到本专利技术所述的包覆型尖晶石锰酸锂正极材料。其特征在于,内核结构材料为LiMn2O4、表面包覆层为AB2O4的尖晶石锰酸锂正极材料。所述的含A元素、B元素的添加剂为含A元素、B元素的酸、碱、硝酸盐、碳酸盐、碱式盐、氧化物。优选的,所所述的含A元素的添加剂为Mg(OH)2、Mg(NO3)2、MgCO3、Mg2(OH)2CO3、Mg(OH)Cl、Mg(OH)IO3、MgO、Fe(OH)2、Fe(NO3)2、FeCO3、Fe2(OH)2CO3、Fe(OH)Cl、Fe(OH)IO3、FeO、Co(OH)2、Co(NO3)2、CoCO3、Co(OH)2CO3、Co(OH)Cl、Co(OH)IO3、CoO、Ni(OH)2、Ni(NO3)2、NiCO3、Ni(OH)2CO3、Ni(OH)Cl、Ni(OH)IO3、NiO、Zn(OH)2、Zn(NO3)2、ZnCO3、Zn(OH)2CO3、Zn(OH)Cl、Zn(OH)IO3、ZnO中的一种或多种。更优选的,所述的含A元素的添加剂为Mg(OH)2、Mg(NO3)2、MgCO3、Mg2(OH)2CO3、Mg(OH)Cl、Mg(OH)IO3、MgO、Ni(OH)2、Ni(NO3)2、NiCO3、Ni(OH)2CO3、Ni(OH)Cl、Ni(OH)IO3、NiO、Zn(OH)2、Zn(NO3)2、ZnCO3、Zn(OH)2CO3、Zn(OH)Cl、Zn(OH)IO3、ZnO中的一种或多种。优选的,所述的含B元素的添加剂为HAlO2、Al(OH)3、Al(NO3)3、Al2(CO3)3、Al(OH)CO3、Al(OH)2Cl、Al(OH)2IO3、Al2O3、H2TiO3、H4TiO4、Ti(OH)CO3、Ti(OH)2Cl、Ti(OH)2IO3、TiO2、Ti{OCH(CH3)2}4、H2MnO3、本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种包覆型锰酸锂正极材料,其特征在于,包括具有LiMn2O4的内核结构和化学式为AB2O4的包覆层,AB2O4为反尖晶石材料,A为正二价金属离子,B为正三价金属离子;所述的A元素选自Mg

【技术特征摘要】
1.一种包覆型锰酸锂正极材料,其特征在于,包括具有LiMn2O4的内核结构和化学式为AB2O4的包覆层,AB2O4为反尖晶石材料,A为正二价金属离子,B为正三价金属离子;所述的A元素选自Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Ga2+中的一种或多种,B元素选自Al3+、Ti3+、V3+、Mn3+、Fe3+、Co3+中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的包覆型锰酸锂正极材料,所述的A元素选自Mg2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+中的一种或多种,所述的B元素选自Al3+、Ti3+、Mn3+、Co3+中的一种或多种;或者,所述的A元素选自Mg2+、Ni2+、Zn2+中的一种或多种,所述的B元素选自Al3+、Ti3+、Co3+中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的包覆型锰酸锂正极材料,其特征在于,该包覆型锰酸锂正极材料的X射线衍射图谱中,35~37°呈现两个衍射峰图样,37~39°呈现两个衍射峰图样;35~37°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.5~1.0,37~39°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.6~1.0;或者,35~37°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.65~0.9,37~39°之间的强衍射峰与弱衍射峰的强度比值范围为0.8~1.0。4.根据权利要求1~3任一项所述的包覆型锰酸锂正极材料,其特征在于,所述的AB2O4包覆层为反尖晶石结构材料,选自MgAl2O4、MnAl2O4、FeAl2O4、CoAl2O4、NiAl2O4、ZnAl2O4、GaAl2O4、MgTi2O4、MnTi2O4、FeTi2O4、CoTi2O4、NiTi2O4、ZnTi2O4、GaTi2O4、MgV2O4、MnV2O4、FeV2O4、CoV2O4、NiV2O4、ZnV2O4、MgMn2O4、Mn3O4、FeMn2O4、CoMn2O4、NiMn2O4、ZnMn2O4、MgFe2O4、MnFe2O4、Fe3O4、CoFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4、MgCo2O4、MnCo2O4、FeCo2O4、Co3O4、NiCo2O4、ZnCo2O4中的一种或多种;或者,所述的AB2O4选自MgAl2O4、FeAl2O4、CoAl2O4、NiAl2O4、ZnAl2O4、MgTi2O4、FeTi2O4、CoTi2O4、NiTi2O4、ZnTi2O4、MgMn2O4、FeMn2O4、CoMn2O4、NiMn2O4、ZnMn2O4、MgCo2O4、FeCo2O4、Co3O4、NiCo2O4、ZnCo2O4中的一种或多种;或者,所述的AB2O4选自MgAl2O4、NiAl2O4、ZnAl2O4、MgTi2O4、NiTi2O4、ZnTi2O4、MgCo2O4、NiCo2O4、ZnCo2O4中的一种或多种。5.一种权利要求1所述的包覆型锰酸锂正极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤a)将过渡金属Mn的化合物、含锂化合物混合均匀后,烧结、冷却,得到LiMn2O4;步骤b)将所述LiMn2O4与含A元素、B元素的添加剂进行混合,得到混合物;步骤c)将所述混合物焙烧、冷却后得到内核结构材料为LiMn2O4、表面为反尖晶石型AB2O4的包覆型尖晶石锰酸锂正极材料。6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述表面包覆层AB2O4与LiMn2O4的摩尔比为(0.001~0.15):1。7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述的含A元素、B元素的添加剂为含A元素、B元素的酸、碱、硝酸盐、碳酸盐、碱式盐、氧化物。8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述的含A元素的添加剂为Mg(OH)2、Mg(NO3)2、MgCO3、Mg2(OH)2CO3、Mg(OH)Cl、Mg(OH)IO3、MgO、Mn(OH)2、Mn(NO3)2、MnCO3、Mn2(OH)2CO3、Mn(OH)Cl、Mn(OH)IO3、Fe(OH)2、Fe(NO3)2、FeCO3、Fe2(OH)2CO3、Fe(OH)Cl、Fe(OH)IO3、FeO、Co(OH)2、Co(NO3)2、CoCO3、Co(OH)2CO3、Co(OH)Cl、Co(OH)IO3、CoO、Ni(...

【专利技术属性】
技术研发人员:同格拉格刘丕录王芳
申请(专利权)人:贵州丕丕丕电子科技有限公司
类型:发明
国别省市:贵州,52

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