用于锂离子电池的富锂锰基正极材料及其制备方法、正极片、锂离子电池和电动汽车技术

本发明专利技术提供了用于锂离子电池的富锂锰基正极材料及其制备方法、正极片、锂离子电池和电动汽车。该富锂锰基正极材料包括：由xLi

【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电池的富锂锰基正极材料及其制备方法、正极片、锂离子电池和电动汽车
本专利技术涉及锂离子电池
，具体地，涉及用于锂离子电池的富锂锰基正极材料及其制备方法、正极片、锂离子电池和电动汽车。
技术介绍
目前，得益于电池技术的快速发展，汽车行业正进行着一场巨大的变革。纯电动汽车以及混合动力汽车获得了前所未有的关注，各大主流汽车制造商正投入大量的资金和人力以加快相关技术开发与积累，以避免在新能源赛道上失去先机、甚至被淘汰。然而，尽管以电力为动力源的纯电动汽车具有环境友好的优点，但是当前的电池技术仍不能完全满足市场的需求，例如电池成本、性能衰减、续航里程、安全问题等，都或多或少地影响消费者的购买欲望。为解决里程焦虑问题，科研人员们一直试图开发高能量密度的用于锂离子电池正极材料，以获得具有高能量密度的锂离子电池。其中，富锂锰基正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M＝Ni，Co，Mnetc.)正是一款具有高放电比容量的高能量密度正极材料，并受到了学术界以及工业界广泛的关注。此外，该材料具有良好的热稳定性，DSC分解温度可达240℃，相较于高镍三元正极材料镍钴锰酸锂以及镍钴铝酸锂表现出明显的优势。然而，富锂锰基正极材料也存在诸多问题，其中较为突出一个问题是其在充放电循环过程中容量衰减严重，这个缺陷直接影响着富锂锰基正极材料的商业化应用前景。因而，现有的富锂锰基正极材料的相关技术仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种在充放电循环中具有较高的结构稳定性、不易发生膨胀或者收缩而导致晶界应力失衡、不易与电解液发生副反应、易于实现产业化、由其制作得到的锂离子电池的循环性能好、倍率性能好或者商业前景好的富锂锰基正极材料。在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种用于锂离子电池的富锂锰基正极材料。根据本专利技术的实施例，该富锂锰基正极材料包括：由xLi2+αMn(1-μ-λ)TiμMλO3-νM’ν·(1-x)Li1+α’NiaCobMncMλ’O2-ν’M’ν’形成的晶体，其中，0.4<x<0.6，0≤α<0.1，0<μ≤0.2，0<λ≤0.05，0.005≤ν≤0.02；0≤α’≤0.04，0<a<0.3，0<b<0.3，0<c<0.5，0<λ’<0.1，0<ν’≤0.01，且α’+a+b+c+λ’＝1，所述M包括Al3+、Mg2+、Ti4+、Zr4+、Zn2+、Ca2+、B3+、Cr3+、Cr6+或者Ce3+、Ce4+中的至少一种，所述M’包括F-、Cl-、Br-、C4-、N3-、S2-、P3-或者Se2-中的至少一种。专利技术人发现，该富锂锰基正极材料在充放电循环中具有较高的结构稳定性，不易发生膨胀或者收缩而导致晶界应力失衡，不易与电解液发生副反应，易于实现产业化，且由其制作得到的锂离子电池的循环性能好、倍率性能好、商业前景好。根据本专利技术的实施例，所述M包括Ti4+、B3+或者Ce3+、Ce4+中的至少一种。根据本专利技术的实施例，所述M’包括F-。根据本专利技术的实施例，所述富锂锰基正极材料的粒径为3μm～14μm。根据本专利技术的实施例，所述富锂锰基正极材料的粒径为7μm～12μm。根据本专利技术的实施例，所述富锂锰基正极材料为0.5Li2Mn0.97Ti0.01B0.02O2.95F0.05·0.5LiNi0.4Co0.4Mn0.22B0.02O1.95F0.05或者0.5Li2Mn0.98B0.02O2.95F0.05·0.5LiNi0.4Co0.4Mn0.22B0.02O1.95F0.05中的至少一种。在本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了一种制备前面所述的富锂锰基正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将制备所述富锂锰基正极材料的前驱体进行第一煅烧处理，得到第一预制物；将所述第一预制物与含有所述M和所述M’的添加剂混合，得到第一混合物；将所述第一混合物进行第二煅烧处理，得到第二预制物；将所述第二预制物与锂源混合，得到第二混合物；将所述第二混合物进行第三煅烧处理，以便得到所述富锂锰基正极材料。专利技术人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备得到前面所述的富锂锰基正极材料。根据本专利技术的实施例，所述方法满足以下条件的至少之一：所述前驱体包括Ni0.2Co0.2Mn0.595Ti0.005CO3或者Ni0.2Co0.2Mn0.595Ti0.005CO2.95F0.05中的至少一种；所述第一煅烧处理的温度为300℃～800℃；所述第一煅烧处理的时间为4h～12h；所述第二煅烧处理的温度为330℃～820℃；所述第二煅烧处理的时间为6h～12h；所述第三煅烧处理的温度为700℃～950℃；所述第三煅烧处理的时间为10h～24h；所述第一煅烧处理、所述第二煅烧处理或者所述第三煅烧处理中的至少一种是在O2和/或N2气氛下进行的；所述锂源包括LiOH·H2O或者Li2CO3中的至少一种和LiF或者NH4F中的至少一种。在本专利技术的又一个方面，本专利技术提供了一种正极片。根据本专利技术的实施例，该正极片包括前面所述的富锂锰基正极材料。专利技术人发现，该正极片稳定性强，不易与电解液发生副反应，易于实现产业化，且由其制作得到的锂离子电池的循环性能好、倍率性能好、商业前景好。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提供了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，该锂离子电池包括：负极；正极，所述正极包括前面所述的富锂锰基正极材料或前面所述的正极片；电池隔膜；和电解液。专利技术人发现，该锂离子电池的循环性能好、倍率性能好、商业前景好。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提供了一种电动汽车。根据本专利技术的实施例，该电动汽车包括前面所述的锂离子电池。专利技术人发现，该电动汽车的动力强劲、商业前景好。附图说明图1显示了本专利技术一个实施例的制备富锂锰基正极材料的方法的流程示意图。图2a显示了实施例1中的富锂锰基正极材料的XPS分析测试结果。图2b显示了实施例2中的富锂锰基正极材料的XPS分析测试结果。图3a显示了实施例1和对比例1中的锂离子电池的循环性能测试结果。图3b显示了实施例2和对比例1中的锂离子电池的循环性能测试结果。图4a显示了实施例1和对比例1中的锂离子电池的倍率性能测试结果。图4b显示了实施例2和对比例1中的锂离子电池的倍率性能测试结果。具体实施方式本专利技术是基于专利技术人的以下发现而完成的：专利技术人对于相关技术中的富锂锰基正极材料进行了大量深入地考察与实验验证后发现，在相关技术中的富锂锰基正极材料，由于其晶体结构的复杂性和较差的稳定性，该材料具有一系列的固有缺陷。首先，相关技术中的富锂锰基正极材料需要在高截止电压条件下才能发挥出高比容量(在2V～4.8V的电压窗口下，放电比容量≥250mAh/g)。这对电解液的电化学稳定性要求非常苛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的富锂锰基正极材料，其特征在于，包括：/n由xLi

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的富锂锰基正极材料，其特征在于，包括：
由xLi2+αMn(1-μ-λ)TiμMλO3-νM’ν·(1-x)Li1+α’NiaCobMncMλ’O2-ν’M’ν’形成的晶体，
其中，0.4<x<0.6，0≤α<0.1，0<μ≤0.2，0<λ≤0.05，0.005≤ν≤0.02；
0≤α’≤0.04，0<a<0.3，0<b<0.3，0<c<0.5，0<λ’<0.1，0<ν’≤0.01，且α’+a+b+c+λ’＝1，
所述M包括Al3+、Mg2+、Ti4+、Zr4+、Zn2+、Ca2+、B3+、Cr3+、Cr6+、Ce3+或者Ce4+中的至少一种，
所述M’包括F-、Cl-、Br-、C4-、N3-、S2-、P3-或者Se2-中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述M包括Ti4+、B3+、Ce3+或者Ce4+中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述M’包括F-。


4.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的粒径为3μm～14μm，优选为7μm～12μm。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料为0.5Li2Mn0.97Ti0.01B0.02O2.95F0.05·0.5LiNi0.4Co0.4Mn0.22B0.02O1.95F0.05或者0.5Li2Mn0.98B0.02O2.95F0.05·0.5LiNi0.4Co0.4Mn0.22B0.02O1.95F0.05中的至少一种。

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【专利技术属性】
技术研发人员：朱金鑫，拉杰什·麦加，普拉杰什·PP，王鹏飞，苏强，梁磊，李静，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32