富锂锰基原位钛包覆正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，公开了富锂锰基原位钛包覆正极材料及其制备方法和应用。所述正极材料包括富锂锰基材料和包覆在所述富锂锰基材料外表面的氧化钛；其中，所述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3·

【技术实现步骤摘要】
富锂锰基原位钛包覆正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及富锂锰基原位钛包覆正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池使用领域的不断拓展，从传统3C产品到电动汽车，新能源产业对高能量密度锂电池的需求越来越迫切。因此大量研究工作致力于开发具有高比容量的电极材料。众所周知，正极材料是锂离子电池的关键核心材料之一，其性能直接影响了锂离子电池的各项性能指标，目前已经市场化的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品。相比于锂离子电池的其他原材料，正极材料的品种更加多样化，生产工艺也更加复杂，品质失效的风险也就更大，因而对其质量管理的要求也就更高。
[0003]近年来，富锂锰基正极材料xLi2MnO3·
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x)LiMO2(M选自Ni和Mn，或Ni、Co和Mn)因其具有超过250mAh/g高比容量、工作电压大于3.50V、热稳定性好、循环性能良好、充放电电压范围宽且价格低廉、对环境友好等优点吸引了行业内许多专家和学者的深入研究，具有很大的开发潜力。
[0004]但是富锂锰基正极材料应用到实际生产中仍存在许多问题，例如，首效较低、倍率性能不好，衰减大、循环过程中有明显的电压和容量衰减等。同时由于锂锰基材料在电池的充放电过程中，材料会释放氧气，电极材料与电解液发生副反应，以及循环过程中团聚体颗粒破碎、粉化和脱离导致电极材料发生结构改变，造成电压和容量的恶化，循环性能较差。同时安全性能也会变差。
>[0005]CN113788500A公开了一种富锂锰基正极材料表面改性方法及富锂锰基正极材料，通过将富锂锰基材料与亚锡盐溶液混匀，获得锡表面改性的正极材料，获得较高的放电容量和循环性能，但是锡盐溶液具有一定的危险性，在生产中会对操作工人产生一定的危害。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的首效较低、倍率性能不好、衰减大以及循环性能较差的问题。提供富锂锰基原位钛包覆正极材料及其制备方法和应用，这种原位包覆用试剂在材料表面通过液相反应均匀包覆在材料表面，可以减缓电池充放电过程中的结构变化，减少电极材料与电解液之间的副反应，使得材料残碱水平低、显著提高了首效及比容量、倍率性能和循环性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种富锂锰基原位钛包覆正极材料，所述正极材料包括富锂锰基材料和包覆在所述富锂锰基材料外表面的氧化钛；其中，所述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3·
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x)LiMO2，其中0<x<1，M选自Ni和Mn，或Ni、Co和Mn；所述富锂锰基材料的粒径为1
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20μm。
[0008]本专利技术第二方面提供一种富锂锰基原位钛包覆正极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0009]将含钛化合物和富锂锰基材料的混合溶液与碱液混合，进行反应，然后经过滤、干燥、焙烧、粉碎和过筛，得到富锂锰基原位钛包覆正极材料；其中，所述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3·
(1
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x)LiMO2，其中0<x<1，M选自Ni和Mn，或Ni、Co和Mn；所述富锂锰基材料的粒径为1
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20μm。
[0010]本专利技术第三方面提供前述的制备方法制得的富锂锰基原位钛包覆正极材料；其中，所述富锂锰基原位钛包覆正极材料的粒径为1
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20μm。
[0011]本专利技术第四方面提供一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极材料为前述的富锂锰基原位钛包覆正极材料。
[0012]通过上述技术方案，本专利技术所取得的有益技术效果如下：
[0013]本专利技术提供的富锂锰基原位钛包覆正极材料的制备方法，这种方法是使用原位包覆用试剂通过液相反应包覆在富锂锰基材料表面，使得材料表面包覆均匀，可以更有效的阻隔电解液对材料内部的侵蚀，减少电极与电解液的副反应，改善富锂锰基材料的充放电循环性能。
[0014]本专利技术提供的富锂锰基原位钛包覆正极材料的制备方法，通过采用纳米级氧化钛进行表面包覆，可以使电极材料与电解液充分接触，缩短锂离子的扩散路径，提高材料的倍率性能。
[0015]本专利技术所述富锂锰基原位钛包覆正极材料的制备方法，通过将包覆后的正极材料进行烧结，可以提高富锂锰基材料的首次放电比容量，使高温循环保持率显著提高，使其具备良好的电化学性能和后续加工性能。
[0016]本专利技术方法所制得的正极材料表面残留的残碱含量处于较低水平。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1得到的富锂锰基正极材料SEM图；
[0018]图2为本专利技术实施例2得到的富锂锰基正极材料SEM图；
[0019]图3为本专利技术实施例1及对比例3得到的富锂锰基材料制得的电池的首次充放电曲线对比图；
[0020]图4为本专利技术实施例2及对比例3得到的富锂锰基材料制得的电池的首次充放电曲线对比图；
[0021]图5为本专利技术实施例1及对比例3得到的富锂锰基材料制得的电池的4.4V
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45℃循环性能曲线对比图；
[0022]图6为本专利技术实施例2及对比例3得到的富锂锰基材料制得的电池的4.4V
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45℃循环性能曲线对比图。
具体实施方式
[0023]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0024]本专利技术第一方面提供一种富锂锰基原位钛包覆正极材料，所述正极材料包括富锂
锰基材料和包覆在所述富锂锰基材料外表面的氧化钛；其中，所述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3·
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x)LiMO2，其中0<x<1，M选自Ni和Mn，或Ni、Co和Mn；所述富锂锰基材料的粒径为1
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20μm。
[0025]本专利技术中，在一些实施方式中，M选自Ni和Mn，在另一些实施方式中，M选自Ni、Co和Mn。
[0026]本专利技术中，所述正极材料是采用纳米级氧化钛对富锂锰基材料表面进行原位包覆，可以减少富锂锰基材料在首次充放电时的比容量损失情况，减少电极与电解液的副反应，改善富锂锰基材料的充放电循环性能。可能的原因是，富锂锰基材料在首次充电时锂离子迁出，过渡金属元素迁移至晶格空位处，放电时锂离子不能全部回嵌到晶格中，造成首次充放电的比容量不可逆损失。并且在充放电过程中，富锂锰基材料不断释放氧气，材料结构由层状结构向尖晶石结构转变，材料与电解液的副反应增多，安全性变差，通过采用纳米氧化钛进行包覆，可以减缓层状结构向尖晶石结构转化的速度，最终形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富锂锰基原位钛包覆正极材料，其特征在于，所述正极材料包括富锂锰基材料和包覆在所述富锂锰基材料外表面的氧化钛；其中，所述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3·
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x)LiMO2，其中0<x<1，M选自Ni和Mn，或Ni、Co和Mn；所述富锂锰基材料的粒径为1
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20μm。2.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述正极材料为微米级材料，其粒径为1
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20μm；和/或，所述氧化钛为纳米级材料，其粒径为1
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100nm；和/或，所述钛元素含量为所述富锂锰基材料总质量的1000
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6000ppm。3.一种富锂锰基原位钛包覆正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将含钛化合物和富锂锰基材料的混合溶液与碱液混合，进行反应，然后经过滤、干燥、焙烧、粉碎和过筛，得到富锂锰基原位钛包覆正极材料；其中，所述富锂锰基材料的化学式为xLi2MnO3·
(1
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x)LiMO2，其中0<x<1，M选自Ni和Mn，或Ni、Co和Mn；所述富锂锰基材料的粒径为1
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20μm。4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述含钛化合物选自硫酸钛和草酸钛钾中的一种或两种；和/或，所述碱液选自氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液中的一种或两种；和/或，所述含钛化合物和所述碱液的摩尔比为1:1
‑
6。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，所述反应包括：在含钛化合物和富锂锰基材料的混合溶液中缓慢加入碱液，边加边搅拌使其充分反应；和/或，所述反应的条件包括：反应时间为10
‑
60min，pH为10
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12；和/或，所述焙烧的温度100
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐培培，孙旭，李永红，邬啸然，梁正，李晓艳，胡伟，
申请(专利权)人：宁夏汉尧富锂科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：