【技术实现步骤摘要】
本申请属于锂离子电池，尤其涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、富锂锰基正极材料通常是由锂合金氧化物limo2结构(m通常为ni、co、mn)和li2mno3结构以固溶体或分相的形式组成的，富锂锰基正极材料因其高容量和高电压平台引起了广泛关注。但是富锂锰基正极材料存在容量和电压衰减过快的问题，从而限制了其广泛应用并被广泛研究。研究发现，阴离子氧化还原导致的氧损失和过渡金属离子迁移是导致富锂锰基正极材料发生结构相变的根本原因。
2、钴(co)是抑制富锂锰基正极材料层状结构发生相变的元素，可以减少阳离子混排，稳定材料的层状结构，提高电导率，提高循环性能和倍率性能。然而，由于co成本较高、丰度较低以及地缘政治等原因，co被认为是中短期内电动汽车供应链中风险最高的材料。经济、安全和社会驱动因素促使电池界日益达成共识，即需要在不影响性能的前提下减少甚至消除富锂锰基正极材料中的co含量。
3、目前，开发低钴或无钴富锂锰基正极材料引起了广泛关注和研究，并提出了多种改性方法，如元素掺杂、表面包覆、其他正极复配等方法。但是，这些方法即使在高co的情况下，也无法有效消除富锂锰基正极材料固有的结构相变，从而达到改善容量和电压衰减过快的问题的目标。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，旨在解决富锂锰基正极材料容量和电压衰减过快的问题。
2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
3、第一
4、第二方面，本申请提供一种如第一方面所述的富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：
5、配置含锰源、镍源、钴源、铜源、锌源、镁源的金属盐溶液；
6、将所述金属盐溶液和沉淀剂加至底液中，进行沉淀反应，得到正极材料前驱体；
7、将所述正极材料前驱体与锂源混合后，进行煅烧处理，得到所述富锂锰基正极材料。
8、第三方面，本申请提供一种正极极片，包括集流体及设置在所述集流体至少一个表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括第一方面所述的富锂锰基正极材料或采用第二方面所述的制备方法制得的富锂锰基正极材料。
9、第四方面，本申请提供一种锂电池，包括如第三方面所述的正极极片。
10、本申请第一方面提供的富锂锰基正极材料，通过ni、co、cu、zn、mg多种金属离子形成的高熵效应，抑制正极材料发生相变及发生崩解，使富锂锰基正极材料因熵驱动形成稳定的相结构，改善了富锂锰基正极材料在循环过程中存在的电压和容量衰减严重的问题。其中，ni、co、cu、zn几种元素在材料氧化还原时可以作为电化学活性中心参与电荷补偿，从而提升材料的电化学性能，mg可以调节阴离子氧的电荷补偿行为，并稳定晶体结构，提升材料的循环稳定性。采用co、cu、zn、mg四种元素以近似或相等摩尔比例的掺杂，使得正极材料形成较大的构型熵，提高材料的稳定性。
11、本申请第二方面提供的富锂锰基正极材料的制备方法，通过将ni、co、cu、zn、mg五种元素以近似或相等摩尔比例的掺杂，使得正极材料形成较大的构型熵，提高材料的稳定性。此外，本申请制备方法在共沉淀过程中，在底液中引入了聚乙二醇，使制备的富锂锰基正极材料具有更好的球形形貌和分散性，并使各金属元素分布更加均匀。
12、本申请第三方面提供的一种正极极片，由于使用了本申请制备的富锂锰基正极材料，在不削弱正极材料性能的前提下减少了富锂锰基正极材料中co元素的含量，可以即避开富锂锰基正极材料对co元素的需求，避免了可能存在的供应链风险，并极大地降低了成本。
13、本申请第四方面提供的一种锂电池，由于采用了本申请的正极极片，因本申请富锂锰基正极材料具有显著的稳定相结构的能力，因此本申请锂电池表现出优秀的循环稳定性、更低的电压和容量衰减及优异的倍率性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料采用多种金属离子掺杂形成高熵掺杂，其化学通式为LixMnaNibCocCudZneMgfO2，其中1.25≤x≤1.32，0.6≤a≤0.5，0.04≤b≤0.16，0.01≤c≤0.04，0.01≤d≤0.04，0.01≤e≤0.04，0.01≤f≤0.04，a+b+c+d+e+f＝0.8，c:d:e:f＝1:(0.9～1.1):(0.9～1.1):(0.9～1.1)。
2.如权利要求1所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的D50粒径为5～20μm。
3.一种如权利要求1或2所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中的锰元素、镍元素、钴元素、铜元素、锌元素、镁元素的摩尔比为(15～60):(0.9～1.6):(0.1～1.1):(0.1～1.1):(0.1～1.1):(0.1～1.1)；和/或，
5.如权利要求3或4所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在
6.如权利要求3或4所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂以沉淀剂溶液的形式滴加至所述底液中；其中
7.如权利要求3或4所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料前驱体与所述锂源的摩尔比为1：(1.4～1.2)；和/或，
8.如权利要求7所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理包括如下两段煅烧：
9.一种正极极片，其特征在于，包括集流体及设置在所述集流体至少一个表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括权利要求1或2所述的富锂锰基正极材料或采用权利要求3～8任一项所述的制备方法制得的富锂锰基正极材料。
10.一种锂电池，其特征在于，所述正极极片包括权利要求9所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料采用多种金属离子掺杂形成高熵掺杂，其化学通式为lixmnanibcoccudznemgfo2，其中1.25≤x≤1.32，0.6≤a≤0.5，0.04≤b≤0.16，0.01≤c≤0.04，0.01≤d≤0.04，0.01≤e≤0.04，0.01≤f≤0.04，a+b+c+d+e+f＝0.8，c:d:e:f＝1:(0.9～1.1):(0.9～1.1):(0.9～1.1)。
2.如权利要求1所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的d50粒径为5～20μm。
3.一种如权利要求1或2所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中的锰元素、镍元素、钴元素、铜元素、锌元素、镁元素的摩尔比为(15～60):(0.9～1.6):(0.1～1.1):(0.1～1.1):(...
【专利技术属性】
技术研发人员：王论珠，李波桥，冯泽，孔令涌，
申请(专利权)人：深圳市德方纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。