[发明专利]微米级单晶锰基材料、其制备方法及使用其的锂离子电池

权利要求书

1.一种微米级单晶锰基材料，其特征在于，该锰基材料为镍锰酸锂材料，其分子式为LiNi_0.5-xMn_1.5M_xO_4-yF_y，其中，0＜x≤0.08，0＜y≤0.1，M为Mg、Ca、Al、Cr、Co中的任意一种或者几种的组合。

2.一种微米级单晶锰基材料，其特征在于，该锰基材料为镍锰酸锂材料，其分子式为LiNi_0.5Mn_1.5-xM_xO_4-yF_y，其中，0＜x≤0.08，0＜y≤0.1，M为Mg、Ca、Al、Cr、Co中的任意一种或者几种的组合。

3.一种微米级单晶锰基材料，其特征在于，该锰基材料为镍锰酸锂材料，其分子式为LiNi_0.5-x/2Mn_1.5-x/2M_xO_4-yF_y，其中，0＜x≤0.08，0＜y≤0.1，M为Mg、Ca、Al、Cr、Co中的任意一种或者几种的组合。

4.一种制备权利要求1-3中任意一项所述的微米级单晶锰基材料的方法，包括如下步骤：

步骤1，共沉淀制备前驱体：将镍源化合物、锰源化合物以及掺杂金属离子M按照化学计量式称量，并溶于去离子水，制成0.5~2mol/L的混合溶液；采用去离子水配置可溶性沉淀剂，其用量为化学计量的1~1.2倍，溶度为0.5~2mol/L；将上述两种混合溶液混合搅拌，在氮气或氩气气氛中，控制pH值10~12，搅拌速度为500~800r/min，控制温度30~80℃，反应时间5~24h，得到粒径可控的沉淀物；

步骤2，高活性氧化物的制备：待上述反应完成后，将反应器的搅拌速度降低至50r/min~200r/min，并向反应液中通入氧化性气体，气体流速为0.5L/min~20L/min，反应时间为10h~30h，控制反应温度为50~120℃，之后，将反应混合物进行过滤并水洗，以得到高活性氧化物；

步骤3，镍锰酸锂的制备：将上述得到的高活性氧化物与含锂物质按比例称量，混合均匀后，在氧化性气氛下，在500~700℃马弗炉中煅烧5~15h，得到低结晶性镍锰酸锂；将得到的低结晶性镍锰酸锂破碎并混合，压实后再在氧气气氛下750~1000℃马弗炉中煅烧20~30h，之后以0.05℃/min~2℃/min的降温速度降至室温，最终得到微米级单晶镍锰酸锂材料；

其中，所述的掺杂金属离子M选择Mg、Ca、Al、Cr、Co中的任意一种及几种的组合；所述的沉淀剂为碱性化合物，选择氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任意一种及以上；所述的含锂物质选择氟化锂与氢氧化锂、碳酸锂或醋酸锂中任意一种以上的混合物；所述的氧化性气体为空气、氧气中的任意一种及以上。

5.如权利要求4所述的锰基材料的制备方法，其特征在于，所述的锰源化合物为硫酸锰、硝酸锰和醋酸锰中的任意一种及以上；所述的镍源化合物为硫酸镍、硝酸镍和醋酸镍中的任意一种及以上，所述的沉淀物粒径为0.5~10um。

6.如权利要求4所述的锰基材料的制备方法，其特征在于，所述的高活性氧化物为AO_x，1.3≤x≤2，其中A代表了Ni、Mn以及掺杂金属离子。

7.如权利要求7所述的锰基材料的制备方法，其特征在于，所述的高活性氧化物的比表面积≥10m²/g，具有低结晶度。

8.如权利要求4所述的锰基材料的制备方法，其特征在于，所述的镍锰酸锂材料形貌为微米级正八面体单晶，比表面积为0.1~1.0m²/g，中值粒径D50为2~10um。

9.一种使用权利要求4所述的方法合成的锰基材料的锂离子电池，包括正极片、负极片和设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，以及电解液；所述的正极片包括正极集流体和设置于所述正极集流体上的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于：所述的正极活性物质为所述的微米级单晶镍锰酸锂材料。