富锂锰基正极材料及其制备方法、正极和电池技术

技术编号：42647404 阅读：21 留言：0更新日期：2024-09-06 01:41

本发明专利技术涉及电池材料技术领域，公开了富锂锰基正极材料及其制备方法、正极和电池。制备方法，包括：将锂源与富锂锰前驱体与按照锂的摩尔量与前驱体中总金属摩尔量之比为(1～1.05)+x:1混合烧结，富锂锰前驱体为Mn<subgt;x</subgt;M<subgt;1‑x</subgt;(OH)<subgt;a</subgt;、Mn<subgt;x</subgt;M<subgt;1‑x</subgt;O<subgt;b</subgt;和Mn<subgt;x</subgt;M<subgt;1‑x</subgt;(CO<subgt;3</subgt;)<subgt;c</subgt;中至少一种，其中，0.05≤x＜0.50；烧结过程中锂源扩散形成富锂的Li<subgt;2</subgt;MnO<subgt;3</subgt;，其余金属M形成缺Mn态的高离子电导通道结构；金属M选自Ni、Co、Al、Ti、Mg、Zr、Nb、Cr、Fe、Se、Ru、Sb、Ir、Sn、Y、Sr、W、Mo和V中至少一种。该制备方法简单，能制得倍率性能好，充放电速率快的正极材料。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池材料，具体而言，涉及富锂锰基正极材料及其制备方法、正极和电池。

技术介绍

1、富锂锰基正极材料是一种用于锂离子电池的重要材料，具有较高的比容量和低成本的优点。然而，由于锂离子在富锂锰基材料中的扩散受限，导致其倍率性能较差。此外，富锂锰基材料与电解液直接接触时，容易发生副反应，导致材料结构不稳定，循环过程不稳定，压降快以及首效低的问题。

2、为了改善富锂锰基正极材料的倍率性能，已经提出了一些解决方案。例如，通过表面包覆或掺杂其他元素来改善材料的导电性，提高离子扩散速率，如cn116639740a和cn115548290a专利。此外如cn110364713b专利提出，可以使用碳纳米管等导电添加剂来提高材料的导电性能。

3、然而，现有技术中存在一些问题。例如：首先，通过表面包覆或掺杂以及采用特殊导电添加剂来改善电子导电性的方法往往会引入额外的制备步骤，增加生产成本。此外，现有技术中的手段难以同时兼顾平衡容量发挥，首效以及循环稳定性，难以同时改善这多个性能。

4、鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供富锂锰基正极材料的制备方法、富锂锰基正极材料、正极和电池。

2、本专利技术是这样实现的：

3、第一方面，本专利技术提供一种富锂锰基正极材料的制备方法，包括：

4、将锂源与富锂锰前驱体与按照锂的摩尔量与前驱体中总金属摩尔量之比为(1～1.05)+x:1混合烧结，富锂锰前驱体为

5、烧结过程中锂源扩散形成富锂的li2mno3，其余金属m形成缺mn态的高离子电导通道结构；

6、金属m选自ni、co、al、ti、mg、zr、nb、cr、fe、se、ru、sb、ir、sn、y、sr、w、mo和v中至少一种。

7、在可选的实施方式中，缺mn态的高离子电导通道结构中的mn元素含量占缺mn态的高离子电导通道结构的金属元素的摩尔量的0～10％。

8、在可选的实施方式中，x的取值范围为0.1～0.48；

9、在可选的实施方式中，混合烧结的方式包括：

10、将前驱体与锂源混合均匀后，在空气或氧气氛围中升高温度至300～600℃，保温3～8h；然后将温度升高到700～1000℃，保温9～16h。

11、在可选的实施方式中，将前驱体与锂源混合均匀的方式为球磨或罐磨。

12、在可选的实施方式中，锂源选自碳酸锂和氢氧化锂中至少一种。

13、第二方面，本专利技术提供一种富锂锰基正极材料，采用如前述实施方式任一项的制备方法制得。

14、第三方面，本专利技术提供一种正极，其制备原料包括如前述实施方式的富锂锰基正极材料。

15、第四方面，本专利技术提供一种电池，包括如前述实施方式的正极。

16、本专利技术具有以下有益效果：

17、本专利技术提供的制备方法，所选用的前驱体中锰的摩尔量范围为0.05≤x＜0.50，相较于现有的富锂锰前驱体其占比小，在烧结过程中，能够在富锂锰基正极材料团聚结构中形成三维缺锰状态的高离子电导通道，这一通道的形成极大地改善了富锂锰基正极材料倍率性能差的问题，提高了电池的充放电速率。而形成的缺mn态的高离子电导通道结构，还减少了富锂锰基材料与电解液的直接接触，提高了结构的稳定性。且本专利技术提供的制备方法简单，一次即可烧成。

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【技术保护点】

1.一种富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述缺Mn态的高离子电导通道结构中的Mn元素含量占所述缺Mn态的高离子电导通道结构的金属元素的摩尔量的0～10％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合烧结的方式包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述前驱体与所述锂源混合均匀的方式为球磨或罐磨。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自碳酸锂，氢氧化锂、硝酸锂、氧化锂和醋酸锂中至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，x的取值范围为0.1～0.48。

7.一种富锂锰基正极材料，其特征在于，采用如权利要求1～6任一项所述的制备方法制得。

8.一种正极，其特征在于，其制备原料包括如权利要求7所述的富锂锰基正极材料。

9.一种电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的正极。

【技术特征摘要】

1.一种富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述缺mn态的高离子电导通道结构中的mn元素含量占所述缺mn态的高离子电导通道结构的金属元素的摩尔量的0～10％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合烧结的方式包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述前驱体与所述锂源混合均匀的方式为球磨或罐磨。

5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑜，陈光森，艾群，龙恋，
申请(专利权)人：佛山陀普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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