高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法及高振实密度富锂锰基正极材料和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法及高振实密度富锂锰基正极材料和锂离子电池，涉及电池技术领域，所述制备方法包括如下步骤：先将镍盐、锰盐和钴盐溶解在溶剂中，或将镍盐和锰盐溶解在溶剂中，混合均匀，加入沉淀剂，得到前驱体，再将前驱体和锂盐混合均匀，一次烧结，得到富锂锰基正极材料；将过渡金属盐和锂盐溶解在溶剂中，加入富锂锰基正极材料中，混合均匀，去除溶剂，二次烧结，得到高振实密度富锂锰基正极材料；本发明专利技术提供的制备方法得到的高振实密度富锂锰基正极材料通过在空隙中填充过渡金属盐和锂盐，不仅提高了振密实度，而且提高了颗粒强度，从而提高了其作为正极材料制成的锂离子电池的电性能。

Preparation of Lithium-rich Manganese-based Cathode Materials with High Vibration Density and Lithium-ion Batteries with High Vibration Density

The invention provides a preparation method of lithium-rich manganese-based cathode material with high vibration density and lithium-ion battery with high vibration density, which relates to the technical field of battery. The preparation method comprises the following steps: dissolving nickel salts, manganese salts and cobalt salts in solvents first, or dissolving nickel salts and manganese salts in solvents, mixing evenly, adding precipitators, and obtaining precursors. The lithium-rich manganese-based cathode material is obtained by mixing the precursor and lithium salt evenly and sintering once; dissolving the transition metal salt and lithium salt in the solvent, adding the lithium-rich manganese-based cathode material, mixing evenly, removing the solvent, and sintering twice to obtain the lithium-rich manganese-based cathode material with high vibrating density; the preparation method provided by the invention can obtain the lithium-rich manganese-based cathode material with high vibrating density. Filling transition metal salts and lithium salts in the voids not only improves the vibration compactness, but also improves the particle strength, thus improving the electrical performance of lithium-ion batteries as cathode materials.

【技术实现步骤摘要】
高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法及高振实密度富锂锰基正极材料和锂离子电池
本专利技术涉及电池正极材料
，尤其是涉及一种高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法及高振实密度富锂锰基正极材料和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其高电压、高容量、安全性能好的特点，已经广泛应用于3C数码消费、便携电子设备、电动车等领域。随着消费的升级，对设备轻量化、长续航等更高的要求，需要锂离子电池具备更高的能量密度。现在使用的锂离子正极材料主要是钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂。这几款正极材料的比容量均不超过200mAh/g，而锂离子正极材料相对于负极材料的容量较低，所以锂离子电池的能量密度主要受到锂离子正极材料的制约。富锂锰基正极材料能够实现超过250mAh/g的比容量，被认为是下一代高能量密度锂离子电池的候选材料之一，因此成为人们研究的热点。富锂锰基正极材料众多的制备方法中，最可能工业化生产应用的方法是共沉淀法。共沉淀法根据沉淀剂的不同又可以分为氢氧化物体系、碳酸盐体系和草酸盐体系。但采用氢氧化物体系得到的沉淀物中的锰元素对空气敏感，在干燥和洗涤过程中容易被氧化而导致前驱体分相，导致烧结产物容易形成Li2MnO3的团簇，在高电压激活时，造成极大的局部应力使性能恶化。而碳酸盐体系和草酸盐体系制备得到的沉淀物在空气中则稳定得多，抗氧化性强，使得共沉淀法合成前驱体的条件较为温和。但是其与锂盐混合烧结时会从前驱体内部生成CO2，导致材料孔隙率较高，使得材料的密度和强度降低，制约了其实际应用。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高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法以缓解现有采用草酸盐体系或碳酸盐体系制备得到的富锂锰基正极材料前驱体与锂盐混合烧结，材料孔隙率高，密度和强度降低，制约其实际应用的技术问题。本专利技术提供的高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法，包括如下步骤：(a)将镍盐、锰盐和钴盐溶解在溶剂中，或将镍盐和锰盐溶解在溶剂中，混合均匀，加入沉淀剂，得到前驱体；(b)将前驱体和锂盐混合均匀，一次烧结，得到富锂锰基正极材料；(c)将过渡金属盐和锂盐溶解在溶剂中，加入富锂锰基正极材料中，混合均匀，去除溶剂，二次烧结，得到高振实密度富锂锰基正极材料；其中，沉淀剂包括草酸盐和/或碳酸盐。进一步的，步骤(a)中，所述镍盐中镍离子、钴盐中的钴离子和锰盐中的锰离子的摩尔比为1：(0-1)：(3-6)；优选地，溶剂中金属离子的摩尔浓度为0.5-5mol/L。进一步的，步骤(b)中，前驱体中金属离子和锂盐中锂离子的摩尔比为1:(1.2-1.7)。进一步的，步骤(c)中，过渡金属盐中金属离子与锂盐中锂离子的摩尔比为1:(0.8-1.7)。进一步的，步骤(c)中，所述过渡金属盐中的金属离子占所述富锂锰基正极材料的以质量百分比计的0.5％-2.5％。进一步的，所述过渡金属盐包括镍盐、钴盐和锰盐中的至少一种。进一步的，在步骤(c)中，在所述溶剂中还包括添加剂，所述添加剂选自CH3COOH、HNO3、H2SO4、HCl、CH3COONH4、NH4NO3、NH4Cl和(NH4)2CO3中的至少一种。进一步的，所述添加剂占所述溶剂的以质量比计的0.01％-0.1％。本专利技术的目的之二在于提供一种高振实密度富锂锰基正极材料，根据本专利技术提供的高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法得到。本专利技术的目的之三在于提供一种锂离子电池，包括本专利技术提供的高振实密度富锂锰基正极材料或根据本专利技术提供的制备方法得到的高振实密度富锂锰基正极材料。本专利技术提供的高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法通过在富锂锰基正极材料空隙中二次填充过渡金属盐和锂盐后，二次烧结得到过渡金属盐和锂盐共同填充的富锂锰基正极材料，不仅通过过渡金属盐和锂盐的二次填充效应提高了振实密度，而且通过过渡金属盐和锂盐的二次填充起到强化作用，提高了颗粒强度，从而提高其作为正极材料制成的锂离子电池的电性能。本专利技术提供的高振实密度富锂锰基正极材料通过在空隙中填充过渡金属盐和锂盐，不仅提高了密实度，而且提高了颗粒强度，从而提高了其作为正极材料制成的锂离子电池的电性能。本专利技术提供的锂离子电池通过采用本专利技术提供的高振实密度富锂锰基正极材料作为正极材料，提高了电性能。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法，包括如下步骤：(a)将镍盐、锰盐和钴盐溶解在溶剂中，或将镍盐和锰盐溶解在溶剂中，混合均匀，加入沉淀剂，得到前驱体；(b)将前驱体和锂盐混合均匀，一次烧结，得到富锂锰基正极材料；(c)将过渡金属盐和锂盐溶解在溶剂中，加入富锂锰基正极材料中，混合均匀，去除溶剂，二次烧结，得到高振实密度富锂锰基正极材料；其中，沉淀剂包括草酸盐和/或碳酸盐。在本专利技术中，采用草酸盐体系或碳酸盐体系作为沉淀剂将镍盐和锰盐沉淀，得到前驱体，或将镍盐、锰盐和钴盐沉淀，得到前驱体；将前驱体和锂盐混合进行一次烧结，形成内部具有空隙的富锂锰基正极材料；将富锂锰基正极材料和过渡金属盐及锂盐的溶液混合，使得过渡金属盐和锂盐填充到富锂锰基正极材料的空隙中，然后再进行二次烧结，得到过渡金属盐和锂盐填充的高振实密度富锂锰基正极材料，不仅通过过渡金属盐和锂盐的二次填充效应提高了振实密度，而且通过过渡金属盐和锂盐的二次填充起到强化作用，提高了颗粒强度，从而提高其作为正极材料制成的锂离子电池的电性能。在本专利技术的一种优选实施方式中，在步骤(a)中，加入钴盐，以制成富锂锰基三元正极材料，使其制成锂离子电池后的电性能更加优异。在本专利技术的一种优选实施方式中，在步骤(c)中采用锂盐和过渡金属盐共同填充一次烧结后高振实密度富锂锰基正极材料的空隙，以使得二次烧结后的高振实密度富锂锰基正极材料制成锂离子电池后的电性能更加优异。在本专利技术的一种优选实施方式中，草酸盐选自草酸钠、草酸氢钠、草酸钾、草酸氢钾、草酸铵和草酸氢铵中的一种或几种。在本专利技术的一种优选实施方式中，碳酸盐选自碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或几种。在本专利技术的一种优选实施方式中，镍盐选自硫酸镍、氯化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或几种。在本专利技术的一种优选实施方式中，锰盐选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和乙酸锰中的一种或几种。在本专利技术的一种优选实施方式中，钴盐选自硫酸钴、氯化钴、硝酸钴和乙酸钴中的一种或几种。在本专利技术的一种优选实施方式中，锂盐选自硫酸锂、氯化锂、硝酸锂、乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或几种。在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤(a)中的溶剂为水。在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤(c)中所采用的溶剂为水和/或乙醇。在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤(a)中，镍盐中镍离子、钴盐中钴离子和锰盐中锰离子的摩尔比为1：(0-1)：(3-6)。在本专利技术的优选实施方式中，当步骤(a)中，采用镍盐和锰盐制备前驱体时，镍盐中镍离子和锰盐中锰离子的典型但非限制性的摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将镍盐、锰盐和钴盐溶解在溶剂中，或将镍盐和锰盐溶解在溶剂中，混合均匀，加入沉淀剂，得到前驱体；(b)将前驱体和锂盐混合均匀，一次烧结，得到富锂锰基正极材料；(c)将过渡金属盐和锂盐溶解在溶剂中，加入富锂锰基正极材料中，混合均匀，去除溶剂，二次烧结，得到高振实密度富锂锰基正极材料；其中，沉淀剂包括草酸盐和/或碳酸盐。

【技术特征摘要】
1.一种高振实密度富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将镍盐、锰盐和钴盐溶解在溶剂中，或将镍盐和锰盐溶解在溶剂中，混合均匀，加入沉淀剂，得到前驱体；(b)将前驱体和锂盐混合均匀，一次烧结，得到富锂锰基正极材料；(c)将过渡金属盐和锂盐溶解在溶剂中，加入富锂锰基正极材料中，混合均匀，去除溶剂，二次烧结，得到高振实密度富锂锰基正极材料；其中，沉淀剂包括草酸盐和/或碳酸盐。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述镍盐中镍离子、钴盐中的钴离子和锰盐中的锰离子的摩尔比为1：(0-1)：(3-6)；优选地，溶剂中金属离子的摩尔浓度为0.5-5mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，前驱体中金属离子和锂盐中锂离子的摩尔比为1:(1.2-1.7)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，过渡金属盐中金属离子与锂盐中锂离子的摩尔比为1:(0.8-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈橙，汪志华，苗力孝，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54