富锂正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种富锂正极材料及其制备方法、锂离子电池。该制备方法包括以下步骤：将前驱体材料Ni

【技术实现步骤摘要】
富锂正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种富锂正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]在当前节能减排和环境保护的背景下，发展高能量密度和高功率密度化学电源体系的任务迫在眉睫。传统的锂离子电池正极材料中一般都含钴，而钴元素价格过高，会导致正极材料的价格相对于LiFePO4、LiMn2O4等其他正极材料明显高很多。所以，正极材料向着低钴化甚至无钴化方向发展。
[0003]富锂锰基层状氧化物(LMROs)因有超过250mAh g
‑
1的高比容量、4.8V的高工作低成本以及高安全性等特点，正越来越受到研究者的广泛关注，是一种非常有潜力的富锂正极材料。但是其首次库伦效率低、电压衰减严重和倍率性能差制约了富锂正极材料在锂离子电池中的发展。
[0004]因此，有必要提供一种无钴的富锂正极材料的制备工艺，以有效改善其作为正极材料后锂离子电池的电性能，使其兼顾良好的首次库伦效率和倍率性能，同时减轻电压衰减问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种富锂正极材料及其制备方法、锂离子电池，以解决现有技术中制备的无钴富锂正极材料性能欠佳，应用于锂离子电池后首次库伦效率低、倍率性能差，同时电压衰减严重的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种富锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：将前驱体材料Ni
x
Mn
y
CO3、锰源混合后，在含氧气氛下进行第一次煅烧，得到第一次煅烧产物；前驱体材料中，x为0.1≤x≤0.5，且x+y＝1，将第一次煅烧产物与锂源混合后，在含氧气氛下进行第二次煅烧，得到富锂正极材料。
[0007]进一步地，锰源选自MnCO3、MnO、MnO2和乙酸锰中的一种或多种；优选地，锰源为乙酸锰；更优选地，前驱体材料为Ni
0.25
Mn
0.75
CO3。
[0008]进一步地，锰源的用量为前驱体材料重量的1～5％。
[0009]进一步地，锂源选自碳酸锂和/或氢氧化锂；优选地，将锂源中锂原子的摩尔数记为N，将前驱体材料中的镍原子、锰原子及锰源中的锰原子的总摩尔数记为N
’
，则N/N
’
＝1.3～1.5。
[0010]进一步地，第一次煅烧的过程中，煅烧温度为300～600℃，升温速率为2～4℃/min，气流量为10～20L/min，煅烧时间为5～8h；优选地，锰源的粒径在20～200nm，前驱体材料的粒径在5～10μm，将前驱体材料和锰源通过研磨进行混合。
[0011]进一步地，第二次煅烧的过程中，煅烧温度为780～850℃，升温速率为2～4℃/min，气流量为10～20L/min，煅烧时间为10～14h。
[0012]进一步地，在将第一次煅烧产物与锂源混合时，同时掺入ZrO2、TiO2或Al2O3作为掺杂剂。
[0013]进一步地，掺杂剂的加入量为第一次煅烧产物与锂源总重量的0.2～0.5％。
[0014]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种富锂正极材料，其由上述制备方法制备得到。
[0015]根据本专利技术的又一方面，还提供了一种锂离子电池，包括正极材料，其为上述富锂正极材料，或者为上述制备方法制备得到的富锂正极材料。
[0016]本专利技术提供的是一种无钴的富锂正极材料的制备方法，其是先将前驱体材料Ni
x
Mn
y
CO3和锰源混合后进行了第一次煅烧，该过程中锰源能够在前驱体材料表面形成MnO2包覆层(或MnO包覆层)。其次，本专利技术将第一次煅烧产物和锂源一起进行第二次煅烧，能够使一部分MnO2包覆层与锂源反应形成稳定的LiMn2O4尖晶石结构，这部分会额外提供容量，而MnO2包覆层能够抑制晶格氧的析出，从而提高材料的首次库伦效率。与此同时，本专利技术制备的无钴富锂正极材料结构更为稳定，因此对电池的电压衰减也有一定的改善。总之，本专利技术制备的无钴富锂正极材料应用于锂离子电池后，电池能够兼顾良好的首次库伦效率和倍率性能，同时减轻了电压衰减，改善了电池的循环性能。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1示出了根据本专利技术实施例1制备的富锂正极材料的SEM照片；
[0019]图2示出了根据本专利技术实施例1制备的富锂正极材料的另一SEM照片。
具体实施方式
[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0021]正如
技术介绍
部分所描述的，现有技术中无钴富锂正极材料性能欠佳，应用于锂离子电池后首次库伦效率低、倍率性能差，同时电压衰减严重。
[0022]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种富锂正极材料的制备方法，其包括以下步骤：将前驱体材料Ni
x
Mn
y
CO3、锰源混合后，在含氧气氛下进行第一次煅烧，得到第一次煅烧产物；前驱体材料中，x为0.1≤x≤0.5，且x+y＝1；将第一次煅烧产物与锂源混合后，在含氧气氛下进行第二次煅烧，得到富锂正极材料。
[0023]本专利技术提供的是一种无钴的富锂正极材料的制备方法，其是先将前驱体材料Ni
x
Mn
y
CO3和锰源混合后进行了第一次煅烧，该过程中锰源能够在前驱体材料煅烧的氧化物表面形成MnO2包覆层(或MnO包覆层)。其次，本专利技术将第一次煅烧产物和锂源一起进行第二次煅烧，能够使一部分MnO2包覆层与锂源反应形成稳定的LiMn2O4尖晶石结构，这部分会额外提供容量，而MnO2包覆层能够抑制晶格氧的析出，从而提高材料的首次库伦效率。与此同时，本专利技术制备的无钴富锂正极材料结构更为稳定，因此对电池的电压衰减也有一定的改善。总之，本专利技术制备的无钴富锂正极材料应用于锂离子电池后，电池能够兼顾良好的首次库伦效率和倍率性能，同时减轻了电压衰减，改善了电池的循环性能。
[0024]为了进一步提高第一次煅烧过程中形成的MnO2包覆层的包覆效果，在一种优选的实施方式中，锰源选自MnCO3、MnO、MnO2和乙酸锰中的一种或多种；优选地，锰源为乙酸锰。乙酸锰作为锰源，在与前驱体材料的混合煅烧过程中能够在其表面更好地附着，从而能够进一步提高所形成的MnO2包覆层在镍锰氧化物的表面，一方面在后续煅烧时能够与锂源反应形成更稳定的尖晶石结构，另一方面也能够更好地抑制晶格氧的析出，从而对富锂正极材料的整体性能具有更好的促进作用。更优选地，前驱体材料为Ni
0.25
Mn
0.75
CO3。采用该前驱体材料，富锂正极材料的性能更佳。
[0025]在一种优选的实施方式中，锰源的用量为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将前驱体材料Ni
x
Mn
y
CO3、锰源混合后，在含氧气氛下进行第一次煅烧，得到第一次煅烧产物；所述前驱体材料中，x为0.1≤x≤0.5，且x+y＝1；将所述第一次煅烧产物与锂源混合后，在含氧气氛下进行第二次煅烧，得到所述富锂正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰源选自MnCO3、MnO、MnO2和乙酸锰中的一种或多种；优选地，所述锰源为乙酸锰；更优选地，所述前驱体材料为Ni
0.25
Mn
0.75
CO3。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锰源的用量为所述前驱体材料重量的1～5％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自碳酸锂和/或氢氧化锂；优选地，将所述锂源中锂原子的摩尔数记为N，将所述前驱体材料中的镍原子、锰原子及所述锰源中的锰原子的总摩尔数记为N
’
，则N/N
’
＝1.3～1.5。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，杨红新，李子郯，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：