一种电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池正极材料领域，用以解决现有技术工艺需要两层包覆才能确保被包覆材料的稳定性，工艺较为复杂的问题，提供一种电池正极材料，包括：锰酸锂和富锂锰基材料；所述锰酸锂包覆于所述富锂锰基材料的表面。还提供了电池正极材料的制备方法：包括酸处理：取酸及其对应的锰盐、镍盐配置酸性盐溶液；在所述酸性盐溶液中加入富锂锰基材料并搅拌，得到富锂锰基前驱体；热处理：将洗涤并干燥后的富锂锰基前驱体进行高温烧结，得到锰酸锂包覆的富锂锰基材料。本发明专利技术通过酸性溶液与碱性富锂锰基材料的化学反应，产生锰酸锂结构，从而锰酸锂包覆的富锂锰基材料，此方法的包覆稳定性良好，增强了材料的倍率性能以及循环稳定性。增强了材料的倍率性能以及循环稳定性。增强了材料的倍率性能以及循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池正极材料领域，具体而言，涉及一种电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前锂电池可分为锂金属电池和锂离子电池，其中锂离子电池的应用较为广泛，例如笔记本电脑、手机、电瓶车和新能源汽车等。
[0003]锂离子电池通常采用锂离子化合物作为电池正极，采用碳材料作为电池负极。目前常用的正极锂离子化合物通常有钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂等材料。由于钴酸锂成本高、毒性大；磷酸铁锂容量低；三元锂稳定性较差等缺点，难以满足下一代高能量密度锂离子电池的需求。富锂锰基材料因其成本低廉，环境友好，容量高等优点而成为目前发展的重点，但其结构稳定性较差，难以获得优良的循环寿命而需要对其结构进行改性。
[0004]公开号为CN103078081B的专利，公开了一种表面包覆的锂离子电池正极活性材料颗粒及其制备方法，其采用金属氧化物
‑
类碳类有机层复合包覆，有效均匀稳定地包覆在正极活性材料颗粒，类碳类有机层在该层内部呈现高分子特性，保持与金属氧化物以及正极活性材料颗粒具有良好的粘结性能，保证金属氧化物包覆层以及类碳类有机层的稳定性；类碳类有机层在该层外部呈现无定形碳的性质，保证该层能够有效的隔绝电解液，使得该有机层不会溶解/溶胀于电解液中，增强了材料的循环性能。
[0005]公开号为CN116130638A的专利，公开了一种正极材料及其制备方法和应用，其在正极材料核表面依次包覆锂离子导电材料以及导电高分子材料，第一包覆层和第二包覆层共同形成的复合柔性包覆层具有柔性，能够避免随材料充放电过程中晶格的膨胀收缩而破裂失效，复合柔性包覆层成分在高电位下稳定，不会氧化分解，且整个柔性包覆层具有离子和电子的双通道。在实现对材料整个表面的全覆盖包覆保护的同时，又不会因全包覆而阻碍材料在充放电过程中电子和离子的通道，从而改善LiNi
0.5
Mn
1.5
O4材料的循环性能。
[0006]上述两件专利均是通过复合包覆层中的第二层实现第一层的稳定包覆，提高被包覆材料的稳定性，工艺流程较长，操作复杂。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种电池正极材料及其制备方法，解决现有技术工艺需要两层包覆才能确保被包覆材料的稳定性，工艺较为复杂的问题。
[0008]本专利技术通过以下方法方案实现：
[0009]一种电池正极材料，包括：锰酸锂和富锂锰基材料；所述锰酸锂包覆于所述富锂锰基材料的表面。
[0010]锰酸锂包覆层的加入，使得材料的锂离子扩散动力学加快，锂离子扩散系数提高，其中对过渡金属层Li的迁移有明显促进；同时，材料的电荷转移阻抗降低，因此提升了材料的倍率性能。在循环过程中，包覆层可以保护基体
‑
富锂锰基材料，从而材料表现出良好的
循环稳定性。
[0011]优选的，所述锰酸锂为正交锰酸锂。
[0012]如图8所示，左侧是正交锰酸锂晶体原子排列，右侧是富锂锰基材料晶体原子排列，可以看出正交锰酸锂与富锂锰基材料具有相近的原子排列，两者间可以形成更加稳定的界面。
[0013]优选的，所述富锂锰基材料表面至少存在点缺陷或线缺陷中的一种。
[0014]在富锂锰基材料中，缺陷可以作为锂离子迁移的通道，提升锂离子的扩散系数。
[0015]一种电池正极材料的制备方法，包括：
[0016]S1、酸处理：取酸、锰盐和镍盐配置酸性盐溶液；在所述酸性盐溶液中加入富锂锰基材料并搅拌，得到富锂锰基前驱体；
[0017]S2、热处理：将洗涤并干燥后的富锂锰基前驱体进行高温烧结，得到锰酸锂包覆的富锂锰基材料。
[0018]以Li
1.2
Mn
0.6
Ni
0.2
O2(LMNO)为例说明本专利技术电池正极材料制备过程中的化学反应过程。
[0019]酸处理：表面Li
1.2
Mn
0.6
Ni
0.2
O2+HAc
→
Li
1.2
‑
2x
Mn
0.6
Ni
0.2
O2‑
x
；
[0020]热处理：表面Li
1.2
‑
2x
Mn
0.6
Ni
0.2
O2‑
x
→
Li
0.5
Mn
0.5
O+O2+Li
1.2
Mn
0.6
Ni
0.2
O2[0021]运用酸性溶液与碱性富锂锰基材料的化学反应，在富锂锰基材料表面生产一层缺陷层；缺陷层在低于富锂锰基材料制备温度时可以发生相变，产生锰酸锂结构，即得到锰酸锂包覆的富锂锰基材料。
[0022]优选的，S1中所述酸包括乙酸、硫酸或硝酸。
[0023]优选的，S1中所述锰盐和所述镍盐的酸根离子与所述酸一致。
[0024]使用对应的酸和盐可以通过提高溶液中锰离子和镍离子饱和度，减少非锂离子的溶解。
[0025]优选的，所述富锂锰基材料为Li(Li
x
Mn
y
M1‑
x
‑
y
)O2,其中0.1≤x≤0.2，0.54≤y≤0.6，M为Ni或Co中的一种或多种。
[0026]优选的，S2中的烧结方式包括在500
‑
700℃下，保温2
‑
10h。
[0027]优选的，S2中的烧结方式包括在300
‑
400℃下保温1
‑
5h，然后在500
‑
700℃下，保温2
‑
10h。
[0028]采用一次烧结的方式，工艺简单，烧结时间短；二次烧结的方式，工艺耗时较长，但产物结构稳定性较高。可以根据产物装配电池时的具体指标选择烧结方法。
[0029]优选的，S1中所述酸1
‑
3份；所述锰盐3
‑
5份；所述镍盐和所述锰盐中的镍锰原子数量比例等于富锂锰基材料中镍和锰的原子数量比。
[0030]本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术采用的包覆方法不是简单地将锰酸锂原料直接通过固相法覆于富锂锰基表面，而是通过酸性溶液与碱性富锂锰基材料的化学反应，在富锂锰基材料表面生产一层缺陷层，缺陷层在低于富锂锰基材料制备温度时可以发生相变，产生锰酸锂结构，从而锰酸锂包覆的富锂锰基材料，此方法的包覆稳定性以及锂离子扩散速率均相较传统方法有所提高，增强了材料的倍率性能以及循环稳定性。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明专利技术实施例的方法方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通方法人员来讲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池正极材料，其特征在于，包括：锰酸锂和富锂锰基材料；所述锰酸锂包覆于所述富锂锰基材料的表面。2.根据权利要求1所述的电池正极材料，其特征在于，所述锰酸锂为正交锰酸锂。3.根据权利要求1所述的电池正极材料，其特征在于，所述富锂锰基材料表面至少存在点缺陷或线缺陷中的一种。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：S1、酸处理：取酸、锰盐和镍盐配置酸性盐溶液；在所述酸性盐溶液中加入富锂锰基材料并搅拌，得到富锂锰基前驱体；S2、热处理：将洗涤并干燥后的富锂锰基前驱体进行高温烧结，得到锰酸锂包覆的富锂锰基材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，S1中所述酸包括乙酸、硫酸或硝酸。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，S1中所述锰盐和所述镍盐的酸根离子与所述酸一致。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述富锂锰基材料为Li(Li
x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱艾鹏，胥宏，王瀚，胡书春，
申请(专利权)人：成都工业学院，
类型：发明
国别省市：