一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，属于锂电池技术领域；方法包括：把镍盐、锰盐和镁盐进行碳酸盐共沉淀反应，得到前驱体；把所述前驱体和锂源进行混合，后进行煅烧，得到富锂锰基正极材料；采用了碳酸盐共沉淀法制备的镁元素掺杂的前驱体，掺杂元素镁以可溶性金属盐的形式发生共沉淀反应，均匀地分布在前驱体组分里面，达到了原子级的掺杂，提高正极材料的一致性和稳定性，利用该方法制得的正极材料组装得到的电池能够在可逆容量、放电容量和循环稳定性方面得到有效的提高；同时，共沉淀反应合成的镁元素掺杂的前驱体不需要复杂的预烧结前处理工序，大大降低了工艺成本，简化了工艺操作。简化了工艺操作。简化了工艺操作。

【技术实现步骤摘要】
一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及锂电池
，尤其涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，电动汽车的发展面临着续航里程短和安全性差两个主要的问题，制约了其大规模推广和应用。解决问题最直接有效的方法就是采用高能量密度的电池正、负极活性材料。其中最具竞争力的富锂锰基正极材料吸引了人们的广泛关注，具有层状结构的富锂锰基正极材料xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2(M＝Mn、Ni、Co、Fe等)，是一种具有开发潜力的锂离子电池正极材料，因为其高比容量(可逆容量大于250mAh/g)、成本低和环境友好、安全性高等优点，受到了科研院所和产业界的广泛关注和研究。
[0003]然而，富锂锰基正极材料仍面临着许多基础问题，其中首次库伦效率偏低、电压降严重和倍率性能差等是主要的问题。因此，为了实现富锂锰基正极材料的产业化，主要着眼于提高材料的结构稳定性、首次库伦效率以及倍率性能等。针对富锂锰基正极材料的问题，科研工作者做了大量的研究工作，从材料结构设计方面主要包括掺杂改性、表面包覆修饰改性、活性颗粒纳米化改性等。
[0004]目前报道的层状富锂锰基正极材料的产品及制备方法仍然需要进一步改善提高，如材料制备工艺比较复杂，操作程序比较繁琐，导致产率比较低；生产成本高，不便于产业化操作；产品结构稳定性较差，电化学充放电测试的循环稳定性及倍率性能较低等。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，以改善富锂锰基正极材料结构稳定性不佳的问题。
[0006]第一方面，本申请提供了一种富锂锰基正极材料的制备方法，所述方法包括：
[0007]把镍盐、锰盐和镁盐进行碳酸盐共沉淀反应，得到前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3；
[0008]把所述前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3和锂源进行混合，后进行煅烧，得到富锂锰基正极材料Li
1.4
Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
O2。
[0009]作为一种可选的实施方式，所述把镍盐、锰盐和镁盐进行碳酸盐共沉淀反应，得到前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3包括：
[0010]把镍盐、锰盐和镁盐进行混合，得到混合金属盐溶液；
[0011]把所述混合金属盐溶液和沉淀剂进行混合，后通过络合剂调节至目标pH值，以进行碳酸盐共沉淀反应，得到前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3。
[0012]作为一种可选的实施方式，所述镍盐、锰盐和镁盐分别为可溶性盐；可选的，所述可溶性盐包括硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐和氯化物中的至少一种。
[0013]作为一种可选的实施方式，所述混合金属盐溶液中金属离子的总摩尔浓度为1
‑
3mol/L；和/或
[0014]所述沉淀剂包括碳酸钠和氢氧化钠中的至少一种；和/或
[0015]所述沉淀剂的物质的量和所述混合金属盐溶液中金属离子的物质的量相同；和/或
[0016]所述络合剂包括氨水和碳酸氢氨中的至少一种；和/或
[0017]所述络合剂的摩尔浓度为0.2
‑
1mol/L。
[0018]作为一种可选的实施方式，所述目标pH值为7
‑
9；和/或
[0019]所述碳酸盐共沉淀反应的反应温度为40
‑
70℃和/或
[0020]所述碳酸盐共沉淀反应的反应时间为24
‑
120h。
[0021]作为一种可选的实施方式，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂和硝酸锂中的至少一种；和/或
[0022]所述锂源和所述前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3的混合量满足：所述锂源中锂元素的摩尔量是所述富锂锰基正极材料中锂元素所需摩尔量的1
‑
1.15倍。
[0023]作为一种可选的实施方式，所述烧结的气氛为含氧气氛；和/或
[0024]所述烧结的升温速率为2
‑
10℃/min；和/或
[0025]所述烧结包括一段烧结和二段烧结，所述一段烧结的温度为400
‑
700℃，所述一段烧结的时间为5
‑
10h，所述二段烧结的温度为750
‑
1000℃，所述二段烧结的时间为10
‑
18h。
[0026]第二方面，本申请提供了一种富锂锰基正极材料，所述富锂锰基正极材料采用第一方面所述的富锂锰基正极材料的制备方法制得。
[0027]作为一种可选的实施方式，所述富锂锰基正极材料为呈球形的二次颗粒；和/或
[0028]所述富锂锰基正极材料的平均粒径为6
‑
10μm。
[0029]第三方面，本申请提供了一种锂电池，所述锂电池的正极材料包括第二方面所述的富锂锰基正极材料。
[0030]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0031]本申请实施例提供的该方法，采用了碳酸盐共沉淀法制备的镁元素掺杂的前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3，掺杂元素镁以可溶性金属盐的形式发生共沉淀反应，均匀地分布在前驱体组分里面，达到了原子级的掺杂，提高正极材料的一致性和稳定性，利用该方法制得的正极材料组装得到的电池能够在可逆容量、放电容量和循环稳定性方面得到有效的提高；同时，共沉淀反应合成的镁元素掺杂的前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3不需要复杂的预烧结前处理工序，大大降低了工艺成本，简化了工艺操作。
附图说明
[0032]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本申请实施例1提供的层状掺镁改性的富锂锰基正极材料前驱体的扫描电镜图1；
[0035]图2为本申请实施例1提供的层状掺镁改性的富锂锰基正极材料前驱体的扫描电
镜图2；
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：把镍盐、锰盐和镁盐进行碳酸盐共沉淀反应，得到前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3；把所述前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3和锂源进行混合，后进行煅烧，得到富锂锰基正极材料Li
1.4
Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
O2。2.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述把镍盐、锰盐和镁盐进行碳酸盐共沉淀反应，得到前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3包括：把镍盐、锰盐和镁盐进行混合，得到混合金属盐溶液；把所述混合金属盐溶液和沉淀剂进行混合，后通过络合剂调节至目标pH值，以进行碳酸盐共沉淀反应，得到前驱体[Ni
0.25
Mn
0.60
Mg
0.15
]CO3；其中，所述镍盐中镍离子、所述锰盐中锰离子和所述镁盐中镁离子的摩尔比为0.25：0.60：0.15。3.根据权利要求1或2所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐、锰盐和镁盐分别为可溶性盐；可选的，所述可溶性盐包括硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐和氯化物中的至少一种。4.根据权利要求2所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合金属盐溶液中金属离子的总摩尔浓度为1
‑
3mol/L；和/或所述沉淀剂包括碳酸钠和氢氧化钠中的至少一种；和/或所述沉淀剂的物质的量和所述混合金属盐溶液中金属离子的物质的量相同；和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴清国，施利毅，
申请(专利权)人：上海大学浙江，
类型：发明
国别省市：