【技术实现步骤摘要】
本公开涉及锂电池电极材料，尤其涉及一种富锰氢氧化物前驱体、正极材料和电池以及制备方法。
技术介绍
1、在各种绿色能源中，锂离子电池作为一种具有较高比能量密度、可循环充放、环境友好的化学电源，目前已经广泛应用于手机、电脑等3c领域并成为混合动力与纯电动车的动力电源的强有力候选者之一。目前常见的锂离子二次电池可实现的能量密度<300wh/kg，无法满足纯电动汽车续航里程的要求，因此需要大幅提高现有电池的能量密度。然而，提高电池能量密度会降低其安全性，容易造成热失控引起爆炸，严重限制了锂离子电池在电动汽车等大型储能领域的应用。在能量密度方面，高能量密度锂离子电池往往需要高比能正负极材料，因此，近年来，高放电比容量正极材料越来越吸引人们的关注。其中富锂锰基正极材料能够在利用过渡金属氧化还原基础上同时利用了阴离子氧化还原的活性从而其放电克容量大于300mah/g,但是由于富锂锰基正极材料动力学性能差，因此往往通过颗粒纳米化，如通过碳酸盐共沉淀法制备一次颗粒纳米级二次颗粒微米级类球形碳酸盐前驱体，在通过混锂、烧结、表面改性后得到高容量高比表面积富锂锰基正极材料。另一种方案是基于氢氧化物前驱体开发富锂锰基正极材料，但是使用氨水做络合剂的的氢氧化物共沉淀法得到的氢氧化物前驱体，其晶体生长以一维或二维生长为主，一次颗粒之间架桥现象严重，造成一次颗粒片层厚度大且比表面积过小的问题。
2、碳酸盐沉淀法制备的高容量富锂锰基正极材料由于一次纳米颗粒对接而成的二次球形颗粒存在粒度难以控制，压实密度低、比表面积过大等问题导致其在高电压体系下
技术实现思路
1、本公开提供了一种富锰氢氧化物前驱体、正极材料和电池以及制备方法，以至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
2、根据本公开的第一方面，提供了一种富锰氢氧化物前驱体，所述富锰氢氧化物前驱体的化学式为mnxniycoz(oh)2，0.5≤x<1，0.1<y<0.5，0≤z＜0.3。
3、在一可实施方式中，所述富锰氢氧化物前驱体为二次球形颗粒，该二次球形颗粒的粒径为2μm～15μm。
4、根据本公开的第二方面，提供了一种富锰氢氧化物前驱体的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤1)：配置镍、钴、锰的混合盐溶液、配置沉淀剂溶液、配置络合剂溶液，所述络合剂包括酒石酸钠、乳酸钠、柠檬酸钠和edta中一种或多种；所述络合剂溶液的浓度为0.3～1.5mol/l；
6、步骤2)：在惰性气体保护下，将混合盐溶液、沉淀剂溶液和络合剂溶液混合、搅拌，进行共沉淀反应得到氢氧化物悬浮液，其中，共沉淀反应过程中控制ph值为10.2～11.5；
7、步骤3)：将所述氢氧化物悬浮液洗涤、过滤、干燥得到富锰氢氧化物前驱体。
8、在一可实施方式中，所述步骤1)中，所述混合盐溶液中金属离子的总浓度为1～3mol/l；
9、所述混合盐溶液为硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰以摩尔比为1～3：0～1：2～6混合；
10、所述沉淀剂溶液的浓度为2～10mol/l；所述沉淀剂为氢氧化钠。
11、在一可实施方式中，所述步骤2)中，所述混合盐溶液和所述络合剂溶液以体积比为1:1～3:1混合；
12、所述步骤2)中，共沉淀反应过程中控制反应温度为50～60℃、搅拌速度为600～1000r/min，共沉淀反应24～50h并陈化12h。
13、根据本公开的第三方面，提供了一种富锂锰基正极材料，所述富锂锰基正极材料由权利要求1或2所述的富锰氢氧化物前驱体与锂源固相混合烧结得到，所述富锂锰基正极材料化学式为liαmnxniycozo2，1.13≤α≤1.17，0.5≤x<1，0.1<y<0.5，0≤z＜0.3。
14、在一可实施方式中，包括将锂源与权利要求1或2所述的富锰氢氧化物前驱体以摩尔比为1.35～1.4：1进行混合，先经500℃烧结6h、再于850℃～870℃烧结12h得到所述富锂锰基正极材料。
15、根据本公开的第四方面，提供了一种正极极片，由所述的富锂锰基正极材料制备得到。
16、根据本公开的第五方面，提供了一种电池，包括所述的正极极片。
17、与现有技术相比，本申请的优点在于：1)：本申请制备得到的前驱体解决了传统富锂锰基氢氧化物前驱体比表面积低且一次颗粒片层厚的问题，本申请提升了在烧结过程中锂离子的传输速率，改善材料表面富锂相富集问题，制备出稳定的高首次库伦效率富锂锰基正极材料，同时缩短了富锂锰基正极材料锂离子的传输路径从而提升材料的倍率性能，使性能得以发挥，并且改善了材料的压实密度低等问题。2)：本申请通过共沉淀方法制备得到的富锰氢氧化物前驱体具有较大的比表面积和较薄的一次颗粒片层堆叠而成的二次球形颗粒；3)：本申请制备得到的富锂锰基正极材料的首次库伦效率高，循环稳定，且倍率性能好；本申请制备得到的锂离子电池具有高能量密度和长寿命。
18、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
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1.一种富锰氢氧化物前驱体，其特征在于：所述富锰氢氧化物前驱体的化学式为MnxNiyCoz(OH)2，0.5≤x<1，0.1<y<0.5，0≤z＜0.3。
2.根据权利要求1所述的富锰氢氧化物前驱体，其特征在于：所述富锰氢氧化物前驱体为二次球形颗粒，该二次球形颗粒的粒径为2μm～15μm。
3.权利要求1或2所述的富锰氢氧化物前驱体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述混合盐溶液中金属离子的总浓度为1～3mol/L；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述混合盐溶液和所述络合剂溶液以体积比为1:1～3:1混合；
6.一种富锂锰基正极材料，其特征在于：所述富锂锰基正极材料由权利要求1或2所述的富锰氢氧化物前驱体与锂源固相混合烧结得到，所述富锂锰基正极材料化学式为LiαMnxNiyCozO2，1.13≤α≤1.17，0.5≤x<1，0.1<y<0.5，0≤z＜0.3。
7.权利要求6
8.一种正极极片，其特征在于：由权利要求6所述的富锂锰基正极材料制备得到。
9.一种电池，其特征在于：包括权利要求8所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种富锰氢氧化物前驱体，其特征在于：所述富锰氢氧化物前驱体的化学式为mnxniycoz(oh)2，0.5≤x<1，0.1<y<0.5，0≤z＜0.3。
2.根据权利要求1所述的富锰氢氧化物前驱体，其特征在于：所述富锰氢氧化物前驱体为二次球形颗粒，该二次球形颗粒的粒径为2μm～15μm。
3.权利要求1或2所述的富锰氢氧化物前驱体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述混合盐溶液中金属离子的总浓度为1～3mol/l；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述混合盐溶液和所述络合剂溶液以体积比为1:1～3:1混合；
【专利技术属性】
技术研发人员：谢豪，邱报，顾庆文，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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