一种尖晶石型正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种尖晶石型正极材料及其制备方法和应用。尖晶石型正极材料，包括基体层、第一包覆层和第二包覆层；第一包覆层包覆于基体层的部分表面，第二包覆层包覆于基体层的部分表面和第一包覆层的至少部分表面；基体层包括镍锰酸锂及掺杂元素Nb；第一包覆层包括Fe2O3；所述第二包覆层包括Li2SiO3和SiO2。通过掺杂Nb元素，提高材料圆润度，减少尖晶石型材料尖角，第一包覆层可减缓因负极锰沉积导致的电解液分解、增厚SEI膜过程，提高容量保持率；第二包覆层能够防止HF对正极材料的腐蚀，增加结构稳定性，通过各层材料的相互配合，可提高正极材料的结构稳定性及高温电化学性能。及高温电化学性能。及高温电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种尖晶石型正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种尖晶石型正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高功率、高能量密度是锂离子电池应用于混合动力汽车以及插电式混合动力汽车的关键因素。因此近年来探索具有高功率、高能量密度材料以提高锂离子电池性能备受关注。提高能量密度的思路有两种，一种是提高电池容量，研发高比容量正极材料；另外一种是提高电池体系的工作电压，由锰酸锂材料发展而来的镍锰酸锂材料由其结构带来的三维Li
+
扩散的通道而具有优秀的快速充放电的能力，部分Ni
2+
的替代改善了LiMn2O4材料由Jahn
‑
Teller效应产生的结构稳定性差的缺点，使得该材料有了更好的循环性能和更高的放电电压；与传统正极材料相比，尖晶石型镍锰酸锂正极材料中值电压4.7V，充电截止电压可达5V，使其具有较高的能量密度(650Wh
·
kg
‑1)，高于目前已经产业化生产的正极材料，如LiCoO2(518Wh
·
kg
‑1)、LiMn2O4(400Wh
·
kg
‑1)、LiFePO4(495Wh
·
kg
‑1)和LiCo
1/3
Ni
1/3
Mn
1/3
O2(576Wh
·
kg
‑1)。
[0003]镍锰酸锂正极材料在进行循环测试时显示出剧烈的容量衰减，高温循环测试尤为明显；究其原因，在高于4.7V的脱嵌锂电压下，其中的Mn
3+
易歧化为Mn
2+
和Mn
4+
，Mn
2+
溶于电解液穿过隔膜转移至负极表面，并在负极表面还原为金属Mn及其氧化物，增厚负极表面SEI膜从而消耗了部分活性Li
+
，同时在电极表面的沉积物会阻碍Li
+
的扩散，导致容量衰减；除此之外镍锰酸锂正极材料极易受到电解液水解产生的HF的腐蚀而产生Mn
2+
，从而加速容量衰减，上述反应在高温条件下更加剧烈。同时该材料具有正八面体和截角八面体形貌，圆润度较差，大量尖角在极片辊压过程中极易断裂导致表面包覆部分失效。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种尖晶石型正极材料，通过各层材料的相互配合，可提高正极材料的结构稳定性及电化学性能。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的尖晶石型正极材料的制备方法，该方法可有效提升正极材料的循环稳定性。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种正极片。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种电池。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]一种尖晶石型正极材料，包括基体层、第一包覆层和第二包覆层；所述第一包覆层包覆于所述基体层的部分表面，所述第二包覆层包覆于所述基体层的部分表面和所述第一包覆层的至少部分表面；
[0011]所述基体层包括镍锰酸锂及掺杂元素Nb；
[0012]所述第一包覆层包括Fe2O3；
[0013]所述第二包覆层包括Li2SiO3和SiO2。
[0014]在一种实施方式中，所述掺杂元素Nb占所述基体层的质量的0.1％～1％；所述第一包覆层的质量占所述基体层的质量的0.35％～1.35％；所述第二包覆层的质量占所述第一包覆层和所述基体层的总质量的0.5％～2％。
[0015]一种尖晶石型正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将锂源、镍源、锰源和掺杂剂Nb进行第一混合，得到第一混合体系，再进行第一煅烧处理、粉碎处理及筛分处理，得到第一物料；将所述第一物料与醇溶剂和普鲁士蓝进行第二混合，再进行第二煅烧处理，得到第二物料；将所述第二物料与纳米二氧化硅进行第三混合，再进行第三煅烧处理，得到正极材料。
[0017]在一种实施方式中，所述锰源包括Mn3O4、Mn(OH)2、MnO、MnO2、Mn2O3、MnAC2、Mn(NO3)2和MnCO3中的至少一种。
[0018]在一种实施方式中，所述锰源的粒径D50为1～3μm。
[0019]在一种实施方式中，所述镍源为氧化镍。
[0020]在一种实施方式中，所述镍源的粒径D50为8～10μm。
[0021]在一种实施方式中，所述锂源包括Li2CO3、LiOH
·
H2O、LiNO3、LiAC和LiCl中的至少一种。
[0022]在一种实施方式中，所述锂源的粒径D50为5～7μm。
[0023]在一种实施方式中，所述普鲁士蓝的粒径D50为45～55nm。
[0024]在一种实施方式中，所述纳米二氧化硅的粒径D50为10～20nm。
[0025]在一种实施方式中，所述锂源、镍源和锰源以Li元素、Ni元素和Mn元素计的摩尔比为(1.01～1.05):(0.4～0.5):(1.5～1.6)。
[0026]在一种实施方式中，所述掺杂剂Nb的掺杂量为锂源、镍源和锰源反应后理论生成产物的总质量的0.1％～1％。
[0027]在一种实施方式中，所述第一混合的混合转速为1000～2000rpm，所述第一混合的混合时间为15～30min。
[0028]在一种实施方式中，所述第一煅烧的温度为900～980℃，保温时间为10～12h，升温速率为2～4℃/min。
[0029]在一种实施方式中，所述第一煅烧的气氛为空气。
[0030]在一种实施方式中，所述粉碎处理的粉碎转速为12000～14000rpm。
[0031]在一种实施方式中，所述普鲁士蓝的添加量以Fe2O3计为：Fe2O3的质量占所述第一物料的质量的0.35％～1.35％。
[0032]在一种实施方式中，所述第一物料与所述醇溶剂的质量比为1：(0.8～1.2)。
[0033]在一种实施方式中，所述第二混合的转速为1000～1500rpm，所述第二混合的时间为30～60min；
[0034]在一种实施方式中，所述第二混合之后及所述第二煅烧处理之前，还包括：干燥处理，所述干燥处理的温度为70～85℃，干燥处理的时间为10～13h。
[0035]在一种实施方式中，所述第二煅烧的温度为900～980℃，保温时间为5～12h，升温速率为2～4℃/min。
[0036]在一种实施方式中，所述第二煅烧的气氛为空气。
[0037]在一种实施方式中，所述纳米二氧化硅的质量占所述第二物料的质量的0.5％～2％。
[0038]在一种实施方式中，所述第三混合的转速为1500～2500rpm，所述第三混合的时间为15～25min。
[0039]在一种实施方式中，所述第三煅烧的温度为650～75本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尖晶石型正极材料，其特征在于，包括基体层、第一包覆层和第二包覆层；所述第一包覆层包覆于所述基体层的部分表面，所述第二包覆层包覆于所述基体层的部分表面和所述第一包覆层的至少部分表面；所述基体层包括镍锰酸锂及掺杂元素Nb；所述第一包覆层包括Fe2O3；所述第二包覆层包括Li2SiO3和SiO2。2.根据权利要求1所述的尖晶石型正极材料，其特征在于，所述掺杂元素Nb占所述基体层的质量的0.1％～1％；所述第一包覆层的质量占所述基体层的质量的0.35％～1.35％；所述第二包覆层的质量占所述第一包覆层和所述基体层的总质量的0.5％～2％。3.一种尖晶石型正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锂源、镍源、锰源和掺杂剂Nb进行第一混合，得到第一混合体系，再进行第一煅烧处理、粉碎处理及筛分处理，得到第一物料；将所述第一物料与醇溶剂和普鲁士蓝进行第二混合，再进行第二煅烧处理，得到第二物料；将所述第二物料与纳米二氧化硅进行第三混合，再进行第三煅烧处理，得到正极材料。4.根据权利要求3所述的尖晶石型正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(8)中的至少一种：(1)所述锰源包括Mn3O4、Mn(OH)2、MnO、MnO2、Mn2O3、MnAC2、Mn(NO3)2和MnCO3中的至少一种；(2)所述锰源的粒径D50为1～3μm；(3)所述镍源为氧化镍；(4)所述镍源的粒径D50为8～10μm；(5)所述锂源包括Li2CO3、LiOH
·
H2O、LiNO3、LiAC和LiCl中的至少一种；(6)所述锂源的粒径D50为5～7μm；(7)所述普鲁士蓝的粒径D50为45～55nm；(8)所述纳米二氧化硅的粒径D50为10～20nm。5.根据权利要求3所述的尖晶石型正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源、镍源和锰源以Li元素、Ni元素和Mn元素计的摩尔比为(1.01～1.05):(0.4～0.5):(1.5～1.6)；所述掺杂剂Nb的掺杂量为锂源、镍源和锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：肇恒鹏，王亚州，张树涛，乔齐齐，施泽涛，王鹏飞，郭丰，王涛，李子郯，
申请(专利权)人：锂白新材料科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：