一种阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂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领域，具体涉及一种阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂及其制备方法和应用，该阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的化学通式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及一种阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当前，随着国内外新能源造车势力的蓬勃兴起，国家政策对发展新能源汽车的大力支持，要求动力电池的能量密度越来越高，使具有高能量密度、高安全性、合成工艺简单的锂离子电池受到了更高的开发热度。
[0003]锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等组成，其中正负极材料的研发是锂离子电池发展的关键。相较于发展较为成熟的高容量负极，正极材料是当前锂离子电池技术的研究核心，制约着锂离子电池的成本和性能，开发高电压平台、高能量密度、长循环寿命、低成本的电池材料迫在眉睫。
[0004]对比已经商业化推广的锂离子电池正极材料，尖晶石型正极材料以其高工作电压平台、高能量密度、低成本等优势被认为是未来锂离子电池发展中最具影响力与吸引力的正极材料之一。
[0005]然而，尖晶石型锰酸锂容量衰减严重，而采用镍元素掺杂改性的镍锰酸锂材料，电压平台可高达4.7V，并在高压区间具有较高的比容量和较好的循环性能。但该材料也存在不足，如容量保持率偏低，循环性能和倍率性能有待进一步提高等。
[0006]因此仍需对材料进行更深入的研究，进行制备方法的改进和性能的提升。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的尖晶石型锂电正极材料的循环性能和倍率性能较差的缺陷。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂，其化学通式为LiNi
0.5
‑
x
M
x
Mn
1.5
O4，其中，0.04≤x≤0.06，M为铝或钴。
[0009]本专利技术第二方面提供一种制备前述第一方面所述的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的方法，该方法包括以下步骤：
[0010](1)将组合A中的各组分进行混合，得到混料前驱体，所述组合A中含有锂源、镍源、锰源和M阳离子化合物；
[0011](2)将所述混料前驱体进行煅烧，得到所述阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂；
[0012]所述组合A中的各组分的用量使得得到的所述阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的化学通式为LiNi
0.5
‑
x
M
x
Mn
1.5
O4，其中，0.04≤x≤0.06，M为铝或钴。
[0013]本专利技术第三方面提供前述第一方面所述的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂在锂离子电池正极材料中的应用。
[0014]与现存锂离子电池技术相比，本专利技术提供的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂及其制备方法至少具有如下优势：
[0015](1)本专利技术提供的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的放电电压平台能够达到4.65V
‑
4.75V之间；
[0016](2)本专利技术提供的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂掺入了铝元素或钴元素，有利于减缓充放电过程中由锂离子的嵌入脱出而造成的材料体积变化，减小材料崩塌，能够有效提高材料的稳定性，延长材料的循环寿命，改善其倍率性能；
[0017](3)本专利技术提供的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂为纯相的尖晶石结构，产品纯度高，无杂质相，产品一致性好；
[0018](4)本专利技术提供的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂制备方法为高温固相合成方法，与共沉淀法和水热法等湿化学合成方法相比，过程简单，便于操作，成本低，更有利于工业化生产。
[0019]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说明。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1制得样品的XRD图；
[0021]图2为本专利技术实施例1制得样品在1C下的首次充放电曲线图；
[0022]图3为本专利技术实施例1制得样品在1C下的第50圈充放电曲线图；
[0023]图4为本专利技术实施例1制得样品在1C下的循环性能曲线图；
[0024]图5为本专利技术实施例1制得样品在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C、0.1C下各循环5圈的倍率性能曲线图；
[0025]图6为本专利技术实施例2制得样品的SEM图；
[0026]图7为本专利技术实施例2制得样品在1C下的首次充放电曲线图；
[0027]图8为本专利技术实施例2制得样品在1C下的第50圈充放电曲线图；
[0028]图9为本专利技术实施例2制得样品在1C下的循环性能曲线图；
[0029]图10为本专利技术实施例2制得样品在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C、0.1C下各循环5圈的倍率性能曲线图；
[0030]图11为本专利技术对比例1制得样品在1C下的循环性能曲线图。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]需要说明的是，在本专利技术的各方面中，针对各方面中的相同的组分，本专利技术仅在其中一方面中描述一次而不重复进行描述，本领域技术人员不应理解为对本专利技术的限制。
[0033]在没有相反说明的情况下，本专利技术所述的室温为25
±
2℃。
[0034]如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂，其化学通式为LiNi
0.5
‑
x
M
x
Mn
1.5
O4，其中，0.04≤x≤0.06，M为铝或钴。
[0035]如前所述，本专利技术的第二方面提供了一种制备前述第一方面所述的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的方法，该方法包括以下步骤：
[0036](1)将组合A中的各组分进行混合，得到混料前驱体，所述组合A中含有锂源、镍源、锰源和M阳离子化合物；
[0037](2)将所述混料前驱体进行煅烧，得到所述阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂；
[0038]所述组合A中的各组分的用量使得得到的所述阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的化学通式为LiNi
0.5
‑
x
M
x
Mn
1.5
O4，其中，0.04≤x≤0.06，M为铝或钴。
[0039]本专利技术中，在步骤(1)中，所述锂源可以为碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂，所述镍源可以为碳酸镍、氧化镍，所述锰源可以为碳酸锰、氧化锰。
[0040]优选地，在步骤(1)中，所述锂源为碳酸锂，所述镍源为碳酸镍，所述锰源为碳酸锰。专利技术人发现，所述锂源、所述镍源、所述锰源均为其碳酸盐时，其物质较为稳定，固相反应温度较为接近，更容易形成均相产物。
[0041]优选地，在步骤(1)中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂，其特征在于，其化学通式为LiNi
0.5
‑
x
M
x
Mn
1.5
O4，其中，0.04≤x≤0.06，M为铝或钴。2.一种制备权利要求1所述的阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将组合A中的各组分进行混合，得到混料前驱体，所述组合A中含有锂源、镍源、锰源和M阳离子化合物；(2)将所述混料前驱体进行煅烧，得到所述阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂；所述组合A中的各组分的用量使得得到的所述阳离子改性尖晶石型镍锰酸锂的化学通式为LiNi
0.5
‑
x
M
x
Mn
1.5
O4，其中，0.04≤x≤0.06，M为铝或钴。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述锂源为碳酸锂，所述镍源为碳酸镍，所述锰源为碳酸锰。4.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述M阳离子化合物为γ
‑
氧化铝或四氧化三钴。5.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国勇，成建凤，李美萱，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：