一种正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种正极材料及其制备方法和应用。所述正极材料的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池的
，涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着新能源市场的发展，三元正极材料由于其高能量密度、高循环高安全性等优点引起了人们的研发热潮。在当前动力市场上，大规模商业化的如NCM523、NCM622等三元材料，一定程度上满足动力汽车的同时，其续航里程、安全性能等还有待提高且NCM中钴镍元素价格的持续走高制约了电池的成本控制，且钴金属价格昂贵，易对环境造成污染。
[0003]CN107215900A公开了一种在富锂锰基正极材料表层构造尖晶石结构的方法，通过将富锂锰基正极材料加入到弱酸水溶液中，进行Li
+
与H
+
离子交换，再将离子交换后的正极材料进行热处理使表层欠锂结构转变成尖晶石结构，得到表层具有尖晶石结构的富锂锰基正极材料，该方法简便、成本较低，但难以控制每批次的离子交换数量，重复性较差。
[0004]CN108615875A公开了一种富锂锰基正极材料及其制备方法，首先制备含有磷酸盐的溶液，加入到富锂锰基正极材料的悬浊液中，反应干燥后得到中间产物，管式炉中高温煅烧得到表面包覆磷酸盐和表面具有尖晶石结构的富锂锰基正极材料，由该文献中的方法制备的富锂锰基正极材料，提高了首次库伦效率、倍率性能、循环稳定性和高温性能，但该方法需要首先制备两种不同的溶液并烘干和高温烧结，能耗较大，量产困难。
[0005]CN109585833A公开了富锂锰基改性材料及其制备方法与正极材料，通过在富锂锰基材料表面制备凝胶，经干燥和煅烧后得到具有尖晶石型结构包覆层的富锂锰基改性材料，提高了锂离子电池的倍率性能和降低了电压降，但凝胶方法对原材料要求高，能耗较高，工业很少使用。
[0006]因此如何得到一种成本低，无钴无镍，且容量较高的正极材料，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和应用。本专利技术所提供的正极材料，无钴无镍，极大地降低了成本，且仍然可以保持较高的容量，同时采用熔盐加热的方法，在进一步降低成本的基础上还加快了生产效率。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种正极材料，所述正极材料的化学式为Li
x
Mn
y
O2，其中，0.9≤x/y≤1.6，x＞0，y＞0，例如，所述x/y可以为0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5或1.6等，所述x可以为0.5、0.9、1、1.5或2等，所述y可以为0.1、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或1.3等。
[0010]本专利技术中，通过提供一种无钴无镍的正极材料，形貌均匀，在提高电池的容量的同时还极大地降低了成本，且锂和锰元素的摩尔占比在上述范围内，电池的容量可以提升更多，当x/y过小时，会导致尖晶石相LiMn2O4和LiMnO2增加，材料的容量偏低，首效也降低，当x/y过大时，会导致过量Li2MnO3的生成，导致材料首效变差。
[0011]优选地，所述Li
x
Mn
y
O2中，1.1≤x/y≤1.5，例如，所述x/y可以为1.1、1.2、1.3、1.4或1.5等。
[0012]本专利技术所提供的正极材料，富锂的情况下其结构更为稳定，且可以更好的提升容量，当1.1≤x/y≤1.5时，正极材料的容量和首效均得到了更加明显地提升。
[0013]优选地，所述正极材料的形貌为球形颗粒。
[0014]优选地，所述正极材料的中值粒径为1～15μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm等。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0016](1)将熔盐、锰盐和第一锂盐混合，进行一次烧结，得到基体材料；
[0017](2)将步骤(1)所述基体材料与第二锂盐混合，进行二次烧结，得到所述正极材料；
[0018]其中，步骤(2)中，所有的锂元素与所有的锰元素的摩尔比为0.9～1.6，例如0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5或1.6等。
[0019]本专利技术通过熔盐法制备得到正极材料，在二次烧结的过程中，钠盐会再次被替换出来，工艺简单，且盐易分离，可重复使用，不仅降低了制造成本，还缩短了合成周期，合成的正极材料化学成分均匀、晶体形貌好、物相纯度高，提高了材料的稳定性，进一步地提升了电池的容量。
[0020]优选地，步骤(1)所述熔盐包括钠盐和/或钾盐，优选为钠盐。
[0021]本专利技术中，选用钠盐，更利于节约成本，而选用钾盐，可能使得产物中含有高锰酸钾，破坏材料结构，影响材料的结构稳定性。
[0022]优选地，所述钠盐包括碳酸钠、乙酸钠、氯化钠或碳酸氢钠中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，所述钾盐包括碳酸钾、乙酸钾、氯化钾或碳酸氢钾中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]优选地，所述锰盐包括乙酸锰、碳酸锰、一氧化锰、三氧化二锰或四氧化三锰中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]优选地，所述第一锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂或氟化锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0026]优选地，步骤(1)所述一次烧结在空气气氛下进行。
[0027]优选地，所述空气气氛的通入流量为5～10L/min，例如5L/min、6L/min、7L/min、8L/min、9L/min或10L/min等。
[0028]优选地，步骤(1)所述一次烧结的温度为500～800℃，例如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
[0029]优选地，步骤(1)所述一次烧结的时间为8～12h，例如8h、9h、10h、11h或12h等。
[0030]优选地，步骤(1)所述基体材料的化学式为Na
m
Li
0.25
Mn
0.75
O2，0.8≤m≤1，例如所述m可以为0.8、0.9或1等。
[0031]优选地，步骤(2)中，所有的锂元素与所有的锰元素的摩尔比为1.1～1.5，例如1.1、1.2、1.3、1.4或1.5等。
[0032]优选地，所述第二锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂或氟化锂中的任意一种或至
少两种的组合。
[0033]优选地，步骤(2)所述二次烧结的温度为400～800℃，例如400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
[0034]本专利技术中，二次烧结过程中，温度过低，会导致反应不完全，基体材料中的钠盐无法完全置换出来，合成材料不纯，而温度过高，则会导致尖晶石相的生成，影响材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为Li
x
Mn
y
O2，其中，0.9≤x/y≤1.6，x＞0，y＞0。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述Li
x
Mn
y
O2中，1.1≤x/y≤1.5。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的形貌为球形颗粒；优选地，所述正极材料的中值粒径为1～15μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将熔盐、锰盐和第一锂盐混合，进行一次烧结，得到基体材料；(2)将步骤(1)所述基体材料与第二锂盐混合，进行二次烧结，得到所述正极材料；其中，步骤(2)中，所有的锂元素与所有的锰元素的摩尔比为0.9～1.6。5.根据权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述熔盐包括钠盐和/或钾盐，优选为钠盐；优选地，所述钠盐包括碳酸钠、乙酸钠、氯化钠或碳酸氢钠中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述钾盐包括碳酸钾、乙酸钾、氯化钾或碳酸氢钾中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锰盐包括乙酸锰、碳酸锰、一氧化锰、三氧化二锰或四氧化三锰中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂或氟化锂中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求4或5所述的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次烧结在空气气氛下进行；优选地，所述空气气氛的通入流量为5～10L/...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，乔齐齐，施泽涛，郭丰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：