一种制备正极材料的方法及正极材料技术

本公开涉及一种制备正极材料的方法及正极材料，该方法包括：使含锰前驱体与锂源混合后于含氧气氛中煅烧，得到层状富锂锰基正极材料基体；对所述层状富锂锰基正极材料基体进行洗涤处理，得到洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体；使洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体与铝源混合后于含氧气氛中二次煅烧，得到所述正极材料。该方法通过采用分步煅烧工艺，能够将大量铝元素均匀地引入到层状富锂锰基正极材料的内部晶体结构中，这能够显著提高正极材料的结构稳定性，从而有效改善正极材料在循环过程中存在的放电中值电压衰减较快的问题，因此，该方法制备得到的正极材料的放电中值电压衰减较慢，具有较好的循环性能和倍率性能。具有较好的循环性能和倍率性能。具有较好的循环性能和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制备正极材料的方法及正极材料


[0001]本公开涉及锂离子电池
，具体涉及一种制备正极材料的方法及正极材料。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的迅猛发展，领域内对高能量密度锂离子电池的需求量日益增加。正极材料是决定锂离子电池能量密度的一个关键因素，目前得到商业化应用的锂离子电池正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，但这些材料均存在比容量较低的缺陷。
[0003]层状富锂锰基正极材料xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2(M＝Mn、Ni、Co的至少一种)具有放电比容量高(>250mAh/g)、能量密度高、原料成本低、环境友好、安全性高等诸多优点，是发展高能量密度(300Wh/kg)、低成本、高安全性锂离子电池的重要候选正极材料之一。但是，层状富锂锰基正极材料也存在循环性差、倍率性差及放电中值电压衰减较快等缺点，尤其是在循环过程中放电中值电压衰减问题严重制约了其在商业化中的应用。
[0004]在层状富锂锰基正极材料中引入Al元素能够改善层状富锂锰基正极材料的内部晶体结构，从而缓解层状富锂锰基正极材料放电中值电压衰减严重的问题，但是，相关技术中，引入层状富锂锰基正极材料中的Al元素的量仍然较少，抗放电中值电压衰减效果不够明显。

技术实现思路

[0005]本公开的目的是解决现有技术中存在的引入层状富锂锰基正极材料中的Al元素的量较少，抗放电中值电压衰减效果不够明显的问题，提供一种制备正极材料的方法及正极材料。
[0006]为了实现上述目的，本公开提供一种制备正极材料的方法，该方法包括：
[0007]使含锰前驱体与锂源混合后于含氧气氛中煅烧，得到层状富锂锰基正极材料基体；
[0008]对所述层状富锂锰基正极材料基体进行洗涤处理，得到洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体；
[0009]使洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体与铝源混合后于含氧气氛中二次煅烧，得到所述正极材料。
[0010]可选地，在煅烧得到所述层状富锂锰基正极材料基体时，所述煅烧包括低温预烧和高温烧结；其中，
[0011]所述低温预烧的条件包括：升温速率为1～5℃/min，预烧温度为400～550℃，预烧时间为3～5h；
[0012]所述高温烧结的条件包括：升温速率为1～3℃/min，烧结温度为800～900℃，烧结时间为10～15h。
[0013]可选地，所述洗涤处理包括：
[0014]将所述层状富锂锰基正极材料基体与洗涤液混合并于搅拌条件下对所述层状富锂锰基正极材料基体进行洗涤，洗涤结束后进行抽滤和烘干，得到洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体；其中，
[0015]相对于1重量份的所述层状富锂锰基正极材料基体，所述洗涤液的用量为10～20重量份；洗涤的条件包括：搅拌转速为100～1000rpm，洗涤温度为20～100℃，洗涤时间为30～180min；烘干的条件包括：烘干温度为100～150℃，烘干时间为2～8h。
[0016]可选地，在二次煅烧得到所述正极材料时，所述二次煅烧的条件包括：升温速率为3～10℃/min，煅烧温度为600～900℃，煅烧时间为6～15h；
[0017]优选地，升温速率为4～8℃/min，煅烧温度为700～800℃，煅烧时间为8～14h。
[0018]可选地，所述含锰前驱体包括镍钴锰三元前驱体，所述镍钴锰三元前驱体包括Mn
a
Co
b
Ni
c
(OH)2和/或Mn
a
Co
b
Ni
c
CO3，其中，0.5≤a≤1，0＜b≤0.25，0＜c≤0.25，且a+b+c＝1。
[0019]可选地，所述锂源包括碳酸锂和/或氢氧化锂；以元素摩尔量为基准，所述镍钴锰三元前驱体与所述锂源的用量满足如下关系：Li/(Ni+Co+Mn)＝(1.0～1.5):1，优选为(1.1～1.4):1。
[0020]可选地，所述铝源包括氧化铝、氢氧化铝、硝酸铝或拟薄水铝石中的至少一种；以元素摩尔量为基准，洗涤后的所述层状富锂锰基正极材料基体与所述铝源的用量满足如下关系：Al/(Ni+Co+Mn+Al)＝(0.01～0.1):1，优选为(0.03～0.05):1。
[0021]本公开还提供一种正极材料，该正极材料包括层状富锂锰基正极材料基体以及均匀分布在所述层状富锂锰基正极材料基体中的铝，以所述正极材料的总重量为基准，所述铝的负载量不低于2重量％，优选地，所述铝的负载量不低于3重量％。
[0022]可选地，所述正极材料的化学通式为Li
1.2+x
[(Mn
a
Co
b
Ni
c
)1‑
d
Al
d
]0.8
‑
x
O2，其中，
‑
0.2＜x≤0.3，0.5≤a≤1，0＜b≤0.25，0＜c≤0.25，0.01≤d≤0.1，且a+b+c＝1；
[0023]优选地，0.005≤x≤0.015，0.5≤a≤0.8，0.1＜b≤0.2，0.1＜c≤0.2，0.03≤d≤0.05。
[0024]可选地，所述正极材料为球形颗粒，粒径为5～20μm，粒径D50为8～12μm。
[0025]本公开还提供一种锂离子电池正极极片，该正极极片中含有上述任意一项所述的方法制备得到的正极材料或者上述任意一项所述的正极材料。
[0026]本公开还提供一种锂离子电池，该锂离子电池具有上述正极极片。
[0027]通过上述技术方案，本公开的方法通过采用分步煅烧工艺，能够将大量铝元素均匀地引入到层状富锂锰基正极材料的内部晶体结构中，这能够显著提高正极材料的结构稳定性，从而有效改善正极材料在循环过程中存在的放电中值电压衰减较快的问题。因此，本公开的方法制备得到的正极材料的放电中值电压衰减较慢，具有较好的循环性能和倍率性能。
[0028]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0029]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0030]图1是本公开实施例1中镍钴锰三元前驱体材料的电镜扫描结果图；
[0031]图2是本公开实施例1制备得到的正极材料S1和对比例1制备得到的正极材料D1的XRD分析结果图；
[0032]图3是本公开实施例1制备得到的正极材料S1和对比例1制备得到的正极材料D1的电镜扫描结果图；
[0033]图4是本公开实施例1制备得到的正极材料S1的EPAM分析结果图；
[0034]图5是本公开实施例1制备得到的正极材料S1和对比例1制备得到的正极材料D1在0.2C倍率下的循环性能对比图；
[0035]图6是本公开实施例1制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备正极材料的方法，其特征在于，该方法包括：使含锰前驱体与锂源混合后于含氧气氛中煅烧，得到层状富锂锰基正极材料基体；对所述层状富锂锰基正极材料基体进行洗涤处理，得到洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体；使洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体与铝源混合后于含氧气氛中二次煅烧，得到所述正极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在煅烧得到所述层状富锂锰基正极材料基体时，所述煅烧包括低温预烧和高温烧结；其中，所述低温预烧的条件包括：升温速率为1～5℃/min，预烧温度为400～550℃，预烧时间为3～5h；所述高温烧结的条件包括：升温速率为1～3℃/min，烧结温度为800～900℃，烧结时间为10～15h。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述洗涤处理包括：将所述层状富锂锰基正极材料基体与洗涤液混合并于搅拌条件下对所述层状富锂锰基正极材料基体进行洗涤，洗涤结束后进行抽滤和烘干，得到洗涤后的层状富锂锰基正极材料基体；其中，相对于1重量份的所述层状富锂锰基正极材料基体，所述洗涤液的用量为10～20重量份；洗涤的条件包括：搅拌转速为100～1000rpm，洗涤温度为20～100℃，洗涤时间为30～180min；烘干的条件包括：烘干温度为100～150℃，烘干时间为2～8h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在二次煅烧得到所述正极材料时，所述二次煅烧的条件包括：升温速率为3～10℃/min，煅烧温度为600～900℃，煅烧时间为6～15h；优选地，升温速率为4～8℃/min，煅烧温度为700～800℃，煅烧时间为8～14h。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述含锰前驱体包括镍钴锰三元前驱体，所述镍钴锰三元前驱体包括Mn
a
Co
b
Ni
c
(OH)2和/或Mn
a
Co
b
Ni
c
CO3，其中，0.5≤a≤1，0＜b≤0.25，0＜c≤0.25...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永恩，李刚，姜瑞，戴仲葭，杜泽学，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：