一种锰酸锂正极材料、其制备方法、改善方法及其用途技术

本发明专利技术提供了一种锰酸锂正极材料、其制备方法、改善方法及其用途，所述锰酸锂正极材料的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种锰酸锂正极材料、其制备方法、改善方法及其用途


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种锰酸锂正极材料、其制备方法、改善方法及其用途。

技术介绍

[0002]可逆二次电池作为21世纪的绿色能源之一，其代表性产物经过数十年的发展由铅蓄电池到现在的锂离子电池，从能量密度、循环寿命、体积重量和环境保护方面都有了极大地进步，到目前发展至可应用于混合式电动汽车甚至纯电动汽车的动力锂离子电池，为人们的生活带来了极大地便利。
[0003]目前常用正极材料为三元材料以及磷酸铁锂等。锰酸锂正极材料容量较低，其理论比容量为148mAh/g，但是其在低电压条件下能够获得近乎双倍的比容量，但是在低电压条件下，主要限制因素在于低电压下锰酸锂中以+3价存在的Mn元素引发的Jahn
‑
Teller效应，导致材料结构由立方对称转变为四方对称，使材料的性能急剧恶化，导致锰酸锂低电压下容量无法发挥，导致材料的循环稳定性较差，而传统的包覆手段很难改善这种情况。此外，传统多晶材料在极片制备以及循环过程中容易发生开裂现象，容易导致材料循环稳定性变差。
[0004]CN104300145A公开了一种制备镍钴锰酸锂正极材料的方法。该方法经过共沉淀反应、烘干、流变相混匀与高温煅烧得到高振实球形镍钴锰酸锂。该方法所制备的正极材料元素分布均匀、粒径分布均匀、振实密度高，比表面积小，电化学性能良好；且制备工艺简单，易于实现工业化生产。还能降低生产成本，提高产品质量的稳定性。
[0005]CN107819114A公开了一种钽掺杂的镍钴锰锂离子电池正极材料及其制备方法，钽掺杂的镍钴锰锂离子电池正极材料的化学表达式为Li
a
Ni
x
Co
y
Mn
z
Ta
b
O2，其中1≤a≤1.2；0.3≤x≤0.98；0.01≤y≤0.6；0.001≤z≤0.6；b＝4/5
‑
a/5
‑
3x/5
‑
3y/5
‑
3z/5，0.00001≤b≤0.2。该专利技术通过将单晶镍钴锰复合前驱体和钽的化合物进行超高速预混合，再将单晶镍钴锰前驱体和钽化合物的混合料与普通多晶镍钴锰前驱体高速混合，提高混合效果，因为单晶复合前驱体机械强度高，可以采用超高速混合，而不至于破碎，同时单晶复合前驱体可以起到碰撞介质的作用，将钽的化合物充分打散，使掺杂元素和主元素充分混合。
[0006]现有正极材料均存在成本高、循环性能差和比容量低等问题，因此，如何在保证锰酸锂材料具有成本低的情况下，还具有循环性能好、比容量高和容易制备等特点，成为目前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种锰酸锂正极材料、其制备方法、改善方法及其用途，通过控制较低锂盐比，并对煅烧过程进行调控，使锰酸锂正极材料具有稳定的棱台结构，进而能够有效提高材料的压实，同时在煅烧过程中对材料进行阳离子掺杂，从而进一步提高稳定材料结构的作用；进一步地，在改善方法中采用先放电补
锂，再进行充电，稳定材料结构，有效提高材料的循环稳定性能。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种锰酸锂正极材料，所述锰酸锂正极材料的化学式为Li
x
Mn
y
Ta
z
O2，0.3≤x≤0.7，例如x为0.3、0.4、0.5、0.6或0.7，0.8≤y≤0.9，例如y为0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89或0.90，0.1≤z≤0.2，例如为0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19或0.20，y+z＝1，所述锰酸锂正极材料的粒径为5～7μm，例如为5.0μm、5.2μm、5.4μm、5.6μm、5.8μm、6.0μm、6.2μm、6.4μm、6.6μm、6.8μm或7.0μm。
[0010]本专利技术通过控制较低锂盐比从而获得纯相尖晶石锰酸锂，并且进行了钽元素的阳离子掺杂，进一步地提高稳定材料结构的作用；具有颗粒粒径大和强度大等特点，棱台结构明显，进而能够提高材料的压实，具有循环性能稳定和比容量高等特点。
[0011]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述锰酸锂正极材料为尖晶石相。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述的锰酸锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0013]将钽源、锂源和锰源混合得到混合物，对混合物进行煅烧，所述煅烧的过程中以4～6℃/min的升温速率直升至700～900℃，得到所述的锰酸锂正极材料。
[0014]其中，煅烧的温度例如为700℃、720℃、740℃、760℃、780℃、800℃、820℃、840℃、860℃、880℃或900℃。煅烧的升温速率例如为4.0℃/min、4.2℃/min、4.4℃/min、4.6℃/min、4.8℃/min、5.0℃/min、5.2℃/min、5.4℃/min、5.6℃/min、5.8℃/min或6.0℃/min。
[0015]本专利技术中，通过采用较高升温速率和较高煅烧温度的设置，采用一次直接升温至烧结温度，锰酸锂正极材料连续生长，获得了一次颗粒更大，颗粒强度更高的材料，使得材料在低电压下能够保持结构稳定，同时随着颗粒粒径增大，尖晶石型材料的粒径由于晶体生长取向，导致材料表面更为圆润，由棱锥结构转变为棱台结构，进而能够有效提高材料的压实，同时在烧结过程中对材料进行阳离子掺杂，从而进一步提高稳定材料结构的作用。
[0016]此外，本专利技术通过控制煅烧温度为700～900℃，并控制升温速率为4～6℃/min，在煅烧过程中，以较大的升温速率以及较高的温度从而提高材料的一次颗粒粒径，一次颗粒的粒径可提高至1～3μm，这种单晶的结构能够拥有更大的颗粒强度；此外，能够将钽源有效地掺杂至材料内部，使材料的颗粒表面平整，提高颗粒强度，增强有效提高材料的循环稳定性。若煅烧温度低于700℃，或升温速率低于4℃/min，则存在颗粒粒径小，材料与电解液副反应多，循环稳定性较差，尖晶石相效果差等问题；若煅烧温度高于900℃，或升温速率高于6℃/min，会导致材料颗粒粒径过大，使材料的电阻变大，降低材料的容量。
[0017]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或氯化锂中的一种或至少两种的组合。
[0018]优选地，所述锰源包括氧化锰和/或氯化锰。
[0019]优选地，所述钽源包括氧化钽。
[0020]优选地，所述钽源的粒径为100～900nm，例如为100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm或900nm。
[0021]本专利技术通过控制钽源的粒径为100～900nm，能够与材料更好地混合，若粒径低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰酸锂正极材料，其特征在于，所述锰酸锂正极材料的化学式为Li
x
Mn
y
Ta
z
O2，其中，0.3≤x≤0.7，0.8≤y≤0.9，0.1≤z≤0.2，y+z＝1，所述锰酸锂正极材料的粒径为5～7μm。2.根据权利要求1所述的锰酸锂正极材料，其特征在于，所述锰酸锂正极材料为尖晶石相。3.一种权利要求1或2所述的锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将钽源、锂源和锰源混合得到混合物，对混合物进行煅烧，所述煅烧的过程中以4～6℃/min的升温速率直升至700～900℃，得到所述的锰酸锂正极材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或氯化锂中的一种或至少两种的组合；优选地，所述锰源包括氧化锰和/或氯化锰；优选地，所述钽源包括氧化钽；优选地，所述钽源的粒径为100～900nm；优选地，所述锰源的粒径为3～7μm；优选地，所述钽源依次经过分散和一次研磨；优选地，所述分散的方式包括超声搅拌分散；优选地，所述一次研磨在陶瓷研磨机内进行。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述混合物煅烧前进行二次研磨；优选地，所述二次研磨的时间为5～7h；优选地，所述二次研磨的转速为250～350rpm。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思贤，李庆，李子郯，江卫军，郑晓醒，许鑫培，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：