一种制造技术

本发明专利技术涉及一种

【技术实现步骤摘要】
一种Ni/Ru修饰的富锂氧化物层状正极材料、制备方法及在锂离子电池中的用途


[0001]本专利技术涉及一种
Ni/Ru
修饰的富锂氧化物层状正极材料
、
制备方法及在锂离子电池中的用途，属于锂离子电池材料

。

技术介绍

[0002]碱金属离子电池
(
包括锂
/
钠
/
钾离子电池
)
因其高安全性
、
低成本
、
易组装等优点受到了广泛的研究
。
随着电动汽车和便携式电子产品的普及，对高能量密度和长寿命锂离子电池
(LIB)
提出了更多的要求
。
作为
LIB
的重要组成部分，人们对具有良好发展前景的正极材料进行了大量研究
。
1,2
结合阴离子和阳离子氧化还原反应，层状富锂氧化物
(LLRO)
作为下一代
LIB
的候选正极材料脱颖而出
。
最为典型的富锂材料通常由两相组成，通式为
xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2(0<x<1)(M
是指过渡金属元素
),
前者为
C2/m
的空间群，而后者为
R
‑
3m
的空间群
。
对于富锂正极材料的一般改性都是针对这种最典型的两相层状固溶体
。3富锂材料的高电压和高容量往往取决于
C2/m(
单斜
)
相的
Li2MnO3(LMO)
，这种材料中三分之一的过渡金属位点被
Li
取代，
c
轴方向上形成
Li
‑
O
‑
Li
构型，
ab
轴方向上形成稳定的蜂窝状结构
。
因此，
LMO
作为双相固溶体富锂材料的母体部分，通常被认为是富锂层状材料中激发阴离子氧化还原的重要因素
。4然而，在充放电循环过程中，
LMO
的初始充电过程中会发生不可逆的氧释放，导致氧的不可逆氧化还原，整个材料没有阳离子的氧化还原过程
。
同时，
LMO
还面临着容量衰减
、
放电容量低等其他挑战，阻碍了其商业应用
。5[0003]参考文献：
[0004]1.X.Cao,H.Li,Y.Qiao,P.He,Y.Qian,X.Yue,M.Jia,J.Cabana and H.Zhou,Joule,2022,6,1290
‑
1303.
[0005]2.L.Ni,R.Guo,S.Fang,J.Chen,J.Gao,Y.Mei,S.Zhang,W.Deng,G.Zou,H.Hou and X.Ji,eScience,2022,2,116
‑
124.
[0006]3.W.Gu,G.Xue,Q.Dong,R.Yi,Y.Mao,L.Zheng,H.Zhang,X.Fan,Y.Shen and L.Chen,eScience,2022,DOI:https://doi.org/10.1016/j.esci.2022.05.003.
[0007]4.Y.Sun,M.Guo,S.Shu,D.Ding,C.Wang,Y.Zhang and J.Yan,Appl Surf Sci,2022,585,152605.
[0008]5.Y.Tian,Y.Zhao,F.Meng,K.Zhang,Y.Qi,Y.Zeng,C.Cai,Y.Xiong,Z.Jian,Y.Sun,L.Gu and W.Chen,Chinese Chem Lett,2022,DOI:https://doi.org/10.1016/j.cclet.2022.05.008.

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是：现有技术中的
LMO
在首圈充电时会发生不可逆的氧释放，同时，
LMO
单一依靠不稳定的阴离子氧化还原提供容量，没有阳离子的氧化还原
。
因此，该富锂层状正极在充放电过程中的倍率性能和循环稳定性受到严重影响，单斜
LMO
的电
化学性能仍然很难大幅度提高
。
本专利技术基于阳离子
Ni
的稳定阳离子氧化还原和
Ru
‑
O
键增多导致的结构可逆性，对
LMO
材料进行改进，使得本专利中的正极材料表现出更好的电化学性能和循环性能
。
[0010]本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料，其分子式是：
Li2Ni
0.1+x
Mn
0.5
‑
y
Ru
0.3+z
O
3+
δ
(LNMR)
，其中，
0<x<0.1
，
0<y<0.1
，
0<z<0.1。
[0011]所述的锂离子电池正极材料，其分子式是：
Li2Ni
0.2
Mn
0.4
Ru
0.4
O3。
[0012]上述的锂离子电池正极材料的制备方法，是通过固相法或者溶胶凝胶法得到
。
[0013]所述的固相法是：将
Li2CO3,RuO2,NiO
和
Mn2O3，按照化学比混合，球磨后压制成型，第一次煅烧，球磨后，再进行第二次煅烧，得到正极材料
。
[0014]所述的球磨过程的转速
100
‑
500rpm
，时间为1‑
20h。
[0015]所述的第一次煅烧过程2‑
8℃/min
升温，
700
‑
800℃
煅烧5‑
15h。
[0016]所述的第二次煅烧过程
900
‑
1000℃
煅烧5‑
15h。
[0017]上述的正极材料在锂离子电池中的用途
。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术提出了一种在过渡金属层中原子混合的方法，以制造一种新材料
Li2Ni
0.2
Mn
0.4
Ru
0.4
O3(LNMR)。
如的
Ru
5+
和
Ni
2+
被引入到结构中以部分取代
Mn
4+
和在过渡金属层中的
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂离子电池正极材料，其分子式是：
Li2Ni
0.1+x
Mn
0.5
‑
y
Ru
0.3+z
O
3+
δ
(LNMR)
，其中，
0<x<0.1
，
0<y<0.1
，
0<z<0.1。2.
根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，其分子式是：
Li2Ni
0.2
Mn
0.4
Ru
0.4
O3。3.
权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，是通过固相法或者溶胶凝胶法得到
。4.
权利要求3所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的固相法包括如下步骤：所述的固相法是：将
Li2CO3,RuO2,NiO
和
Mn2O3，按照化学比混合，球磨后压制成型，第一次煅烧，球磨后，再进行第二次煅烧，得到正极材料<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少华，柯冰钰，许成荣，
申请(专利权)人：南京大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：