一种富锂锰基材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，公开了一种富锂锰基材料及其制备方法和应用，该材料含有基体以及包覆在所述基体表面的包覆层，所述基体中含有化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种富锂锰基材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种富锂锰基材料、一种制备富锂锰基材料的方法及由该方法制备得到的富锂锰基材料、所述富锂锰基材料在锂离子电池中的应用。
技术介绍
在锂离子电池中，正极作为锂离子电池的核心关键材料，直接决定着电池的技术性能水平。随着各应用领域对锂离子电池能量密度要求的不断提高，商业化的正极材料主要包括层状LiMO2(M为Ni、Co、Mn等)，尖晶石型LiMn2O4和橄榄石型LiFePO4。其中，LiCoO2成本高，尖晶石结构的LiMn2O4在循环使用过程中容易发生晶型转变Jahn-Teller(姜-泰勒)效应和锰离子的溶解，导致电池容量衰减快，高温性能差；层状正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2由于Ni、Co、Mn的协同效应，使材料成本降低、性能提升，但实际比容量并没有很大的突破，已难以满足人们的需求。而层状富锂锰基材料凭借其高比容量(>250mAh/g)、高安全性和价格便宜等优点，受到人们的广泛关注，成为最具发展潜力的新一代动力型锂离子电池正极材料。但是，该材料在循环过程中会由层状结构向尖晶石结构转变，导致严重的电压衰减，使材料的能量密度降低，同时加大了电池管理系统的难度，严重阻碍了其商业化应用进程。因此，开发一种具有高比容量、高安全性同时具有优异循环性能的富锂锰基正极材料具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中富锂锰基材料存在的循环过程中易发生结构转变，循环性能较差的缺陷。r>为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种富锂锰基材料，该富锂锰基材料含有基体以及包覆在所述基体表面的包覆层；所述基体中含有化学式为Li1.2+x[(MnaCobNicM1-a-b-c)1-dM′d]0.8-xO2的物质，所述包覆层中含有化学式为Nau[Liv(MnaCobNicM1-a-b-c)γM′1-v-γ]O2的物质，其中，-0.2≤x≤0.3，0.5≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0≤d≤0.1，0.4≤u<5/6，0≤v≤0.5，0.5≤γ≤1，M和M'各自独立地选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mo、Na、Nb、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；在所述材料中，所述包覆层的厚度为10-100nm。本专利技术的第二方面提供一种制备富锂锰基材料的方法，该方法包括：将富锂锰基前驱体材料与组分A中的各组分进行烧结，得到富锂锰基材料，所述组分A中含有锂盐、钠盐，并且所述组分A中任选还含有第一掺杂剂，所述第一掺杂剂中含有元素M′；其中，所述富锂锰基前驱体材料选自化学式为MnaCobNicM1-a-b-c(OH)2和MnaCobNicM1-a-b-cCO3中的至少一种物质；其中，0.5≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，M和M'各自独立地选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mo、Na、Nb、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；所述第一掺杂剂的用量与所述富锂锰基前驱体材料和所述第一掺杂剂的用量之和的摩尔比为0-0.1：1；所述锂盐的用量与所述富锂锰基前驱体材料和所述第一掺杂剂的用量之和的摩尔比为1.0-1.6：1，所述钠盐的用量与所述锂盐的用量的摩尔比为0.005-0.3：1，且所述第一掺杂剂的用量以其中含有的M′元素计，所述富锂锰基前驱体材料的用量以其中含有的Mn、Co、Ni、M元素和计，所述锂盐的用量以其中含有的Li元素计，所述钠盐的用量以其中含有的Na元素计。本专利技术的第三方面提供由前述第二方面所述的方法制备得到的富锂锰基材料。本专利技术的第四方面提供前述第一方面或第三方面所述的富锂锰基材料在锂离子电池中的应用。本专利技术提供的技术方案与现有技术相比，至少具有如下优点：1、本专利技术提供的富锂锰基材料具有优异的循环性能，在电化学循环过程中电压衰减小，结构稳定。2、本专利技术提供的富锂锰基材料具有较高的放电比容量、高的首次效率和优异的倍率性能。3、本专利技术提供的富锂锰基材料具有比表面积小、振实密度大的优点，有利于降低与电解液之间的副反应，提高电池的体积能量密度。4、本专利技术提供的制备方法工艺简单、无污染，掺杂元素和包覆层引入方式简单，过程可控，适合产业化生产。本专利技术的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式部分予以详细描述。附图说明图1是实施例1和对比例1-2制备得到的材料的XRD测试结果图；图2是实施例1制备得到的富锂锰基材料的扫描电子显微镜图；图3是对比例1制备得到的基体物质的扫描电子显微镜图；图4是对比例2制备得到的包覆层物质的扫描电子显微镜图；图5是实施例1制备得到的富锂锰基材料的首次充放电曲线图；图6是实施例1制备得到的富锂锰基材料的倍率性能测试结果图；图7是实施例1和对比例1得到的材料的循环性能测试结果图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术中，在没有特别说明的情况下，所述室温是指25±2℃。如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种富锂锰基材料，该富锂锰基材料含有基体以及包覆在所述基体表面的包覆层；所述基体中含有化学式为Li1.2+x[(MnaCobNicM1-a-b-c)1-dM′d]0.8-xO2的物质，所述包覆层中含有化学式为Nau[Liv(MnaCobNicM1-a-b-c)γM′1-v-γ]O2的物质，其中，-0.2≤x≤0.3，0.5≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0≤d≤0.1，0.4≤u<5/6，0≤v≤0.5，0.5≤γ≤1，M和M'各自独立地选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mo、Na、Nb、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；在所述材料中，所述包覆层的厚度为10-100nm。本专利技术中，所述基体中含有化学式Li1.2+x[(MnaCobNicM1-a-b-c)1-dM′d]0.8-xO2的O3型结构的物质。本专利技术中，所述包覆层中含有化学式Nau[Liv(MnaCobNicM1-a-b-c)γM′1-v-γ]O2的P2型结构物质。本专利技术中，所述包覆包括所述包覆层附着在所述基体表面。优选地，所述富锂锰基材料的中值粒径D50为5-15μm。优选地，所述富锂锰基材料的比表面积为0.2-8m2/g，所述富锂锰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富锂锰基材料，其特征在于，该富锂锰基材料含有基体以及包覆在所述基体表面的包覆层；/n所述基体中含有化学式为Li

【技术特征摘要】
20200303 CN 20201014094631.一种富锂锰基材料，其特征在于，该富锂锰基材料含有基体以及包覆在所述基体表面的包覆层；
所述基体中含有化学式为Li1.2+x[(MnaCobNicM1-a-b-c)1-dM′d]0.8-xO2的物质，所述包覆层中含有化学式为Nau[Liv(MnaCobNicM1-a-b-c)γM′1-v-γ]O2的物质，其中，-0.2≤x≤0.3，0.5≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0≤d≤0.1，0.4≤u<5/6，0≤v≤0.5，0.5≤γ≤1，M和M'各自独立地选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mo、Na、Nb、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；
在所述富锂锰基材料中，所述包覆层的厚度为10-100nm。


2.根据权利要求1所述的富锂锰基材料，其中，所述富锂锰基材料的中值粒径D50为5-15μm；
优选地，所述富锂锰基材料的比表面积为0.2-8m2/g，所述富锂锰基材料的振实密度为1.4-2.0g/cm3。


3.一种制备富锂锰基材料的方法，其特征在于，该方法包括：
将富锂锰基前驱体材料与组分A中的各组分进行烧结，得到富锂锰基材料，所述组分A中含有锂盐、钠盐，并且所述组分A中任选还含有第一掺杂剂，所述第一掺杂剂中含有元素M′；
所述富锂锰基前驱体材料选自化学式为MnaCobNicM1-a-b-c(OH)2和MnaCobNicM1-a-b-cCO3中的至少一种物质；
其中，0.5≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，M和M'各自独立地选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mo、Na、Nb、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；
所述第一掺杂剂的用量与所述富锂锰基前驱体材料和所述第一掺杂剂的用量之和的摩尔比为0-0.1：1；所述锂盐的用量与所述富锂锰基前驱体材料和所述第一掺杂剂的用量之和的摩尔比为1.0-1.6：1，所述钠盐的用量与所述锂盐的用量的摩尔比为0.005-0.3：1，且所述第一掺杂剂的用量以其中含有的M′元素计，所述富锂锰基前驱体材料的用量以其中含有的Mn、Co、Ni、M元素和计，所述锂盐的用量以其中含有的Li元素计，所述钠盐的用量以其中含有的Na元素计。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述烧结的条件包括：在含氧气氛或氮气气氛中进行，从室温升温到300-600℃，保温0-6h进行第一烧结，然后继续升温到650-10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，王策，刘亚飞，陈彦彬，关志波，李建忠，
申请(专利权)人：北京当升材料科技股份有限公司，当升科技常州新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11