包覆型铁锰基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包覆型铁锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池。该包覆型铁锰基正极材料包括铁锰基前驱体材料和包覆于铁锰基前驱体材料的包覆层，铁锰基前驱体材料的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
包覆型铁锰基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，涉及一种包覆型铁锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着能源危机、环境污染等问题的日益突出，新能源的开发与利用势在必行。在未来的几年中，锂离子电池在新能源汽车行业的应用需求将不断增加。
[0003]在锂离子电池中，正极材料又是重中之重。以NCM523动力电池为例，正极材料占据成本高达32％，而电解液、隔膜以及负极总占比也仅为约25％。除却成本因素外，正极材料的电化学性能方面也与电池的整体性能息息相关。因此，毫不夸张的说，锂离子电池正极材料是整个电池的重中之重。
[0004]钴是一种稀缺资源，主要集中在非洲。价格是镍的大约4倍。因此开发无钴的资源丰富的镍锰材料是符合发展趋势的。根据咨询机构的预测，锂离子电池在未来的爆发式增长必将引起钴资源的需求大于供给，其价格还会出现不稳定的波动。因此，从电动汽车的长远发展考虑，摆脱对稀有金属如钴、镍的依赖性，降低锂离子电池的成本是新能源汽车行业健康发展的必经之路。但是，目前正极材料仍然以三元为主，不可避免会受到贵金属价格的影响，尤其是镍、钴等贵金属元素。
[0005]目前很多公司在提倡低钴甚至去钴化，仍在采用价格较高的镍等过渡金属元素，对于正极材料的成本控制是治标不治本。同时，由于目前铁锰基正极材料多基于富锂结构，通常具备富锂材料的一些问题，如首效较低，循环稳定性差以及循环电压区间大等问题，从而极大地限制了其应用。此外，现有铁锰基正极材料通常采用三步法制备，即共沉淀—溶剂热—固相烧结反应，制备工艺复杂，制备周期比较长，不利于工业生产以及成本控制，且由于溶剂热过程，易导致材料出现结晶性差，形貌差等问题，从而影响正极材料的性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种包覆型铁锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池，以解决现有技术中铁锰基正极材料的循环容量保持率较差的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种包覆型铁锰基正极材料，该包覆型铁锰基正极材料包括铁锰基前驱体材料和包覆于铁锰基前驱体材料的包覆层，铁锰基前驱体材料的化学式为Li
a
Fe
x
Mn
y
O2，其中，0.35≤a≤0.7，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，包覆层包括氧化物，氧化物选自Zr、Al、Ti、B、W、Nb、Mo、Y、La、Co的氧化物中的任意一种或多种。
[0008]进一步地，上述包覆层还包括快离子导体，快离子导体的含量为铁锰基前驱体材料的0.2～0.5wt％，优选快离子导体为LiAlF4和/或Li3AlF6。
[0009]进一步地，上述氧化物为铁锰基前驱体材料的0.2～1wt％。
[0010]进一步地，上述快离子导体与氧化物的质量比为0.2～1:1。
[0011]根据本专利技术的另一方面，提供了一种上述包覆型铁锰基正极材料的制备方法，该
制备方法包括：在第一含氧气气氛中，将包括铁锰基前驱体材料与包覆剂的原料进行第一煅烧，得到包覆型铁锰基正极材料，其中，包覆剂包括化合物，化合物选自Zr、Al、Ti、B、W、Nb、Mo、Y、La、Co的化合物中的任意一种或多种。
[0012]进一步地，上述化合物为氧化物或氢氧化物。
[0013]进一步地，上述包覆剂还包括快离子导体，优选快离子导体为LiAlF4和/或Li3AlF6。
[0014]进一步地，上述第一煅烧的温度为600～900℃，优选为700～850℃，优选第一煅烧的时间为7～10h，优选第一含氧气气氛中的氧气含量≥90％。
[0015]进一步地，上述制备方法还包括铁锰基前驱体材料的制备过程，制备过程包括：在第二含氧气气氛中，将包括锂源、铁源、锰源的原料按照比例混合后进行第二煅烧，得到铁锰基前驱体材料，第二煅烧的温度为700～850℃，优选第二煅烧的时间为8～13h，优选第二煅烧的升温速率为2～5℃/min，优选第二含氧气气氛中的氧气含量≥95％。
[0016]根据本专利技术的又一方面，提供了一种锂离子电池，包括正极、负极，该正极包括正极材料，该正极材料为上述的包覆型铁锰基正极材料。
[0017]应用本申请的技术方案，本申请提供的包覆型铁锰基正极材料，通过在铁锰基前驱体材料外添加氧化物包覆层有效地减少了电解液与包覆型铁锰基正极材料的直接接触，抑制了界面副反应的发生，防止了电解液分解产生的HF直接接触包覆型铁锰基正极材料的表面，从而保护了包覆型铁锰基正极材料，进而能够有效地提高其循环容量保持率和循环寿命。
具体实施方式
[0018]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。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0019]如
技术介绍
所分析的，现有技术中存在铁锰基正极材料的循环容量保持率较差的问题，为解决该问题，本专利技术提供了一种包覆型铁锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池。
[0020]在本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种包覆型铁锰基正极材料，该包覆型铁锰基正极材料包括铁锰基前驱体材料和包覆于铁锰基前驱体材料的包覆层，铁锰基前驱体材料的化学式为Li
a
Fe
x
Mn
y
O2，其中，0.35≤a≤0.7，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，包覆层包括氧化物，氧化物选自Zr、Al、Ti、B、W、Nb、Mo、Y、La、Co的氧化物中的任意一种或多种。
[0021]本申请提供的包覆型铁锰基正极材料，通过在铁锰基前驱体材料外添加氧化物包覆层有效地减少了电解液与包覆型铁锰基正极材料的直接接触，抑制了界面副反应的发生，防止了电解液分解产生的HF直接接触包覆型铁锰基正极材料的表面，从而保护了包覆型铁锰基正极材料，进而能够有效地提高其循环容量保持率和循环寿命。
[0022]在本申请的一种实施例中，上述包覆层还包括快离子导体，快离子导体的含量为铁锰基前驱体材料的0.2～0.5wt％，优选快离子导体为LiAlF4和/或Li3AlF6。
[0023]快离子导体包覆的目的在于能够有效地改善材料的电导率，缓减了氧化物包覆层对于包覆型铁锰基正极材料的导电性的降低作用，进而保证其容量不受损失。
[0024]氧化物与快离子导体共同包覆形成的包覆型铁锰基正极材料有效缓解了由于氧
化物的加入导致的包覆型铁锰基正极材料的导电性较差的问题，同时，上述种类和含量的快离子导体在提高包覆型铁锰基正极材料的导电性的基础上，还能够有效地防止氧化物的分解，提高包覆型铁锰基正极材料的循环容量保持率和循环寿命。
[0025]控制上述氧化物为铁锰基前驱体材料的0.2～1wt％，可以尽可能地起到对铁锰基前驱体材料的保护作用，又不至于使铁锰基前驱体材料的导电性下降太多。
[0026]在本申请的一种实施例中，上述快离子导体与氧化物的质量比为0.2～1:1。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型铁锰基正极材料，其特征在于，所述包覆型铁锰基正极材料包括铁锰基前驱体材料和包覆于所述铁锰基前驱体材料的包覆层，所述铁锰基前驱体材料的化学式为Li
a
Fe
x
Mn
y
O2，其中，0.35≤a≤0.7，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，所述包覆层包括氧化物，所述氧化物选自Zr、Al、Ti、B、W、Nb、Mo、Y、La、Co的氧化物中的任意一种或多种。2.根据权利要求1所述的包覆型铁锰基正极材料，其特征在于，所述包覆层还包括快离子导体，所述快离子导体的含量为所述铁锰基前驱体材料的0.2～0.5wt％，优选所述快离子导体为LiAlF4和/或Li3AlF6。3.根据权利要求1或2所述的包覆型铁锰基正极材料，其特征在于，所述氧化物为所述铁锰基前驱体材料的0.2～1wt％。4.根据权利要求2所述的包覆型铁锰基正极材料，其特征在于，所述快离子导体与所述氧化物的质量比为0.2～1:1。5.一种权利要求1至4中任一项所述包覆型铁锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在第一含氧气气氛中，将包括铁锰基前驱体材料与包覆剂的原料进行第一煅烧，得到所述包覆型铁锰基...

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