一种正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请实施例提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，用以提供一种高首次库伦效率以及高循环稳定性的锰基正极材料。该正极材料的分子通式为：aNa

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本申专利技术涉及二次储能电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的发展，对于锂离子电池以及为锂离子电池提供主要活性物质的正极材料提出了更高的性能要求。其中，锰基富锂正极材料具备高放电比容量(>1000Wh/Kg)，但其存在首次库伦效率低、循环稳定性低的问题。
[0003]为提升富锂锰基正极材料的首次库伦效率以及循环稳定性的问题，多通过构建氧化物质包覆的复合结构进行改性。例如在富锂锰基正极材料表面构建尖晶石相和/或薄层盐相，尽管通过上述复合结构可使得产物能有效抵御电解液侵蚀，稳定材料表面结构，从而达到提升循环稳定性的目的。但这种材料首次库伦效率仍有待于提高，并且因其制备过程中须设置酸/碱氛围，对环境不友好；并且生产效率低，对设备要求较高，所以一直未能实现大范围推广。又例如为在富锂锰基正极材料表面构建快离子导体(例如Li
1.4
Al
0.4
Ti
0.6
(PO4)3、Li7La3Zr2O
12
、Li4Mn5O
12
、Li4Ti5O
12
、Li2SnO3、Li2SiO3、Li2ZrO3、Li3PO4)，尽管经快离子导体包覆的正极材料的首次库伦效率以及循环稳定性都得以提升，但这类材料由于对制备条件以及环境要求较高，所以在生产中进行批量生产时其性能难以得到保证。因此，现有技术缺少一种高首次库伦效率以及高循环稳定性的锰基正极材料。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，用以提供一种高首次库伦效率以及高循环稳定性的锰基正极材料。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料的分子通式为：aNa
α
Ni
λ
Mn
σ
M1‑
λ
‑
σ
O2‑
γ
D
γ
·
(1
‑
a)Li
1+β
Ni
λ
Mn
σ
M1‑
λ
‑
σ
O
2+β
‑
δ
D
δ
；0.05≤a≤0.20，0.60≤α≤0.95，0＜γ≤0.20，0.04＜β＜0.10，0＜δ≤0.21，且0.9≤(λ+σ)≤1.0；M为第一掺杂元素，M选自：Te、Ti、Mo、W、Nb、Ta、V、Sb、Sn、Si、Zr、Cr、Al、Co、Ce、Fe、Cu、La、Y、Sr、Mg、Li、和K中的至少一种，D为第二掺杂元素，D选自：F、S、P、N、和B中的至少一种。
[0006]本申请实施例所提供的正极材料通过无钴化降低材料成本，且通过其中二元主过渡金属(镍锰元素)中镍元素占比高于0.40，使得正极材料的动力学性能得以有效提高，进而提高上述正极材料的首次库仑效率，促进正极材料的容量发挥，从而使其质量能量密度以及循环稳定性(不低于85％)均得以有效提升。在此基础上，低配锂量在保证成本低于现有技术中富锂正极材料的基础上，实现质量能量密度不低于富锂正极材料的目的，甚至优于现有富锂正极材料质量能量密度的目的。
[0007]一种可能的实施方式，所述正极材料为P2
‑
O3复合相材料；所述正极材料的X射线衍射图谱包括：对应于P2相的衍射角为15.5
°‑
16.1
°
的(002)晶面衍射峰，及对应于O3相的
衍射角为18.5
°‑
19.0
°
的(003)晶面衍射峰，所述(002)晶面衍射峰的峰强与所述(003)晶面衍射峰的峰强比为0.01
‑
0.70。
[0008]一种可能的实施方式，
[0009]一种可能的实施方式，0.08≤a≤0.12,0.8≤α≤0.95。
[0010]第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面及任一种可能的实施方式所述正极材料的制备方法，包括：
[0011]对含钠源、锂源、掺杂源、及镍和锰的源的混合物进行N段烧结，得到目标正极材料；其中，所述镍和锰的源为镍源和锰源的混合物，和/或，含镍、锰的源，N为正整数，所述N段烧结的烧结温度不高于970℃。
[0012]一种可能的实施方式，所述N段烧结包括第一烧结和第二烧结，所述第一烧结的烧结温度为400
‑
600℃，所述第二烧结的烧结温度为850
‑
970℃。
[0013]一种可能的实施方式，所述第一烧结的升温速率为2
‑
10℃/min，保温时间为2
‑
6小时；所述第二烧结的升温速率为2
‑
10℃/min，保温时间为10
‑
20小时。
[0014]一种可能的实施方式，所述钠源选自：Na2CO3、NaOH、NaNO3、Na2S、和NaCl中的至少一种；所述锂源选自：LiCO3、LiOH、和LiCl；所述镍源包括NiO，所述Mn源包括Mn2O3；所述掺杂源包括对应于第一掺杂元素的第一掺杂源，和/或，对应于第二掺杂元素的第二掺杂源；所述含镍锰的源选自：Ni
θ
Mn
ρ
(OH)2和/或Ni
θ
Mn
ρ
CO3；其中，
[0015]一种可能的实施方式，所述第一掺杂源选自：TeO3、TiO2、MoO3、WO3、Nb2O5、Ta2O5、V2O5、Sb2O5、SnO2、SiO2、ZrO2、CrO2、Al2O3、La2O3、Y2O3、SrO、MgO、K2CO3、KCl、Co3O4、CoCl2、Fe2O3、FeO、Fe(OH)3、Cu(OH)2、CuO、和CuCl2中的至少一种；所述第二掺杂源选自：NaF、LiF、KF、NH4F、Li2S、Na2S、BN、AlN、Si3N4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、Li3PO4、Na3PO4、H3BO3、和Li3BO3中的至少一种。
[0016]一种可能的实施方式，所述含镍锰的源通过使含可溶性镍盐以及可溶性锰盐的混合盐溶液在PH为7.5
‑
11.5，络合剂存在的条件下发生共沉淀反应得到。
[0017]一种可能的实施方式，所述混合盐溶液中镍离子以及锰离子的总浓度为1
‑
3mol/L，所述镍离子的浓度与所述锰离子的浓度之比为2:3
‑
1:1。
[0018]第三方面，本申请实施例还提供一种锂离子电池，包括：
[0019]权利要求第一方面及任一种可能的实施方式所述的正极材料。
附图说明
[0020]图1为本申请实施例提供的实施例1、实施例2以及对比例1在衍射角2θ为25
°‑
55...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的分子通式为：aNa
α
Ni
λ
Mn
σ
M1‑
λ
‑
σ
O2‑
γ
D
γ
·
(1
‑
a)Li
1+β
Ni
λ
Mn
σ
M1‑
λ
‑
σ
O
2+β
‑
δ
D
δ
；0.05≤a≤0.20，0.60≤α≤0.95，0＜γ≤0.20，0.04＜β＜0.10，0＜δ≤0.21，且0.9≤(λ+σ)≤1.0；M为第一掺杂元素，M选自：Te、Ti、Mo、W、Nb、Ta、V、Sb、Sn、Si、Zr、Cr、Al、Co、Ce、Fe、Cu、La、Y、Sr、Mg、Li、和K中的至少一种，D为第二掺杂元素，D选自：F、S、P、N、和B中的至少一种。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料为P2
‑
O3复合相材料；所述正极材料的X射线衍射图谱包括：对应于P2相的衍射角为15.5
°‑
16.1
°
的(002)晶面衍射峰，及对应于O3相的衍射角为18.5
°‑
19.0
°
的(003)晶面衍射峰，所述(002)晶面衍射峰的峰强与所述(003)晶面衍射峰的峰强比为0.01
‑
0.70。3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，4.如权利要求1
‑
3任一项所述的正极材料，其特征在于，0.08≤a≤0.12,0.8≤α≤0.95。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述正极材料的制备方法，其特征在于，包括：对含钠源、锂源、掺杂源、及镍和锰的源的混合物进行N段烧结，得到目标正极材料；其中，所述镍和锰的源为镍源和锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：董亮辰，刘永鹏，张闻煦，程肆灵，陈宇，严旭丰，冯道言，刘瑞，尹充，郭小花，李琮熙，王尊志，袁徐俊，金波，刘相烈，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：