一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用，属于正极材料技术领域。其制备方法包括：将二元前驱体、锂盐及掺杂剂的混合物进行一次烧结和退火处理；其中，二元前驱体的化学结构式为Ni

【技术实现步骤摘要】
一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及正极材料
，具体而言，涉及一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]钴由于其稀缺性和战略价值，导致价格长期居高不下，从能源安全和经济性方面考量，无钴材料会是未来新能源领域的一个重要分支。特斯拉最热销产品Model3使用的电池在增加电池镍成分的同时，也大幅降低了钴的用量。其中镍锰酸锂电池具备10min快速充电、耐宽温(
‑
40
‑
60℃)、循环使用寿命长、能量密度高等特点，被誉为最具有发展潜力的正极材料。
[0003]近年来，关于LiNi
0.5
Mn
1.5
O4材料相关方面的研究和应用在国外形成快速增长的势态，一些公司如日本SANYO、韩国LG化学、美国Enerdel、法国CEA
‑
Liten、以色列ETVM公司已经在开始尝试LiNi
0.5
Mn
1.5
O4材料的商品化开发问题。
[0004]目前国内众多企业已布局5V尖晶石镍锰酸锂材料的研发，但现有技术中的这些镍锰酸锂材料在高压(如5V)条件下所具有的循环性能和容量不太理想。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供镍锰酸锂正极材料的制备方法，其能够提高镍锰酸锂材料在高压条件下所具有的循环性能和容量。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的镍锰酸锂正极材料。
[0008]本专利技术的目的之三在于提供一种上述镍锰酸锂正极材料的应用。
[0009]本专利技术的目的之四在于提供一种含上述镍锰酸锂正极材料的电池。
[0010]本申请可这样实现：
[0011]第一方面，本申请提供一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将二元前驱体、锂盐以及掺杂剂的混合物依次进行一次烧结和退火处理；
[0012]其中，二元前驱体的化学结构式为Ni
x
Mn1‑
x
(OH)2，x＝0.24
‑
0.26；
[0013]掺杂剂中包括Zr元素；
[0014]退火处理是于450
‑
650℃的条件下保温2
‑
6h。
[0015]在可选的实施方式中，按金属摩尔比计，二元前驱体与锂盐的用量比为1:0.5
‑
0.53；以Zr元素占混合物的质量比计，掺杂剂的浓度为混合物的质量的1000
‑
3000ppm。
[0016]在可选的实施方式中，掺杂剂为ZrO2；和/或，锂盐包括碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种。
[0017]在可选的实施方式中，一次烧结温度为850
‑
950℃，一次烧结时间为10
‑
15h。
[0018]在可选的实施方式中，一次烧结过程中的升温速率为1
‑
3℃/min。
[0019]在可选的实施方式中，一次烧结过程中的烧结气氛为空气气氛。
[0020]在可选的实施方式中，以表压计，一次烧结过程中炉膛内部气体压强为5
‑
20Pa。
[0021]在可选的实施方式中，还包括将退火处理后的物料进行过筛。
[0022]在可选的实施方式中，过320
‑
400目筛。
[0023]在可选的实施方式中，还包括将过筛后的筛下物进行表面改性。
[0024]在可选的实施方式中，表面改性方式为于筛下物的表面包覆金属氧化物。
[0025]在可选的实施方式中，金属氧化物包括Al2O3、TiO2、WO3、Cr2O3、ZnO和MgO中的至少一种。
[0026]在可选的实施方式中，以金属元素占筛下物的质量比计，金属氧化物的浓度为筛下物的质量的2000
‑
3000ppm。
[0027]在可选的实施方式中，还包括将包覆有金属氧化物的筛下物进行二次烧结。
[0028]在可选的实施方式中，二次烧结的温度为400
‑
600℃；二次烧结的时间为8
‑
12h。
[0029]在可选的实施方式中，二次烧结过程中的烧结气氛为空气气氛。
[0030]在可选的实施方式中，以表压计，二次烧结过程中炉膛内部的气体压强为5
‑
20Pa。
[0031]第二方面，本申请提供一种镍锰酸锂正极材料，其经前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
[0032]第三方面，本申请提供如前述实施方式的镍锰酸锂正极材料的应用，如用于制备电池。
[0033]第四方面，本申请提供一种电池，含有前述实施方式的镍锰酸锂正极材料。
[0034]本申请的有益效果包括：
[0035]本申请通过引入含Zr元素的掺杂剂，可增强Zr
‑
O键的键能，提高材料在高电压下循环的结构稳定性，增强其容量和循环特性；通过在一次烧结后进行退火处理，可有效降低一次烧结后材料中Mn
3+
的含量，有利于进一步提高材料的循环性能。对应所得的镍锰酸锂正极材料晶型稳定、避免了出现热失控的情况，具有良好的电化学性能。将其制备电池，可使相应的电池具有良好的电化学性能。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0037]下面对本申请提供的镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用进行具体说明。
[0038]专利技术人通过长期深耕5V尖晶石镍锰酸锂材料研究，提出之所以造成现有技术中镍锰酸锂材料在高压(如5V)条件下所具有的循环性能和容量不太理想的原因主要包括以下方面：
[0039]其一，镍锰酸锂LiNi
0.5
Mn
1.5
O4高电压进行充放电中，晶体的不稳定性表现的比较突出，会造成循环性能下降；
[0040]其二，Mn
3+
的产生，易产生歧化反应，在负极上面吸附出Mn单质，导致刺穿隔膜，产生热失控；
[0041]其三，Ni
4+
易与电解液反应，产生大量的气体，导致电池胀气，引发安全隐患。
[0042]基于此，本申请创造性地提出一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将二元前驱体、锂盐以及掺杂剂的混合物依次进行一次烧结和退火处理。
[0043]其中，二元前驱体的化学结构式为Ni
x
Mn1‑
x
(OH)2，x＝0.24
‑
0.26。
[0044]可参考地，x取值可以为0.24、0.245、0.25、0.25本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将二元前驱体、锂盐以及掺杂剂的混合物依次进行一次烧结和退火处理；其中，二元前驱体的化学结构式为Ni
x
Mn1‑
x
(OH)2，x＝0.24
‑
0.26；所述掺杂剂中包括Zr元素；退火处理是于450
‑
650℃的条件下保温2
‑
6h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按金属摩尔比计，所述二元前驱体与所述锂盐的用量比为1:0.5
‑
0.53；以Zr元素占所述混合物的质量比计，所述掺杂剂的浓度为所述混合物的质量的1000
‑
3000ppm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂为ZrO2；和/或，所述锂盐包括碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，一次烧结温度为850
‑
950℃，一次烧结时间为10
‑
15h；一次烧结过程中的升温速率为1
‑
3℃/min；一次烧结过程中的烧结气氛为空气气氛；以表压计，一次烧结过程中炉膛内部气体压强为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，范未峰，陈德贤，张彬，王政强，
申请(专利权)人：宜宾天原锂电产业技术有限公司，
类型：发明
国别省市：