[发明专利]一种镍元素梯度分布的富锂锰材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种镍元素梯度分布的富锂锰材料的制备方法，包括以下步骤：将锰盐、钴盐、镍盐制成盐溶液，加入沉淀剂静置沉淀，沉淀物经干燥、煅烧后，用氨水处理，干燥后与锂盐混匀，再经煅烧，获得所述镍元素梯度分布的富锂锰材料。本发明采用共沉淀法制备含有镍钴锰的沉淀物，煅烧后制得氧化物，再放入氨水中处理使镍离子与氨水反应，形成由内部到表面镍含量逐渐降低的前驱体，再将前驱体与锂盐在高温下煅烧制得由核心到表面镍元素呈梯度降低的富锂锰正极材料，减少了四价镍离子与电解液的反应，提高富锂锰材料的循环稳定性，提高了材料的倍率性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，尤其涉及一种镍元素梯度分布的富锂锰材料的制备方法及应用。

背景技术

在电池正极材料中，富锂锰材料由于其放电比容量可达到250mAhg^-1，具有良好的应用前景。富锂锰材料具有的高比容量是由于首次充电过程中材料中的 Li₂MnO₃成分活化。在层状结构的富锂锰材料中，镍元素贡献了高比容量，然而在高截止电压下，不稳定的Ni⁴⁺直接与电解液反应，导致富锂锰材料循环稳定性较差。此外，电极材料晶格中的镍倾向于向电极材料的表面迁移，在表面形成低电化学活性的富镍层。

目前，关于富锂锰材料的制备方法有许多文献公开，例如：

1、专利申请CN201710316504.8，公开了一种包覆有硫碳的氮掺杂富锂锰基层状材料及制备，将锰盐、钴盐、镍盐溶解去离子水中，将氨水/氢氧化钠混合滴入，抽滤得氢氧根前驱体；将前驱体与锂源混合，煅烧，冲洗四次，烘烤得到锰基层状富锂材料，粉碎煅烧加入到溶解有C₂H₂O₄/C₁₄H₁₄S₂乙醇溶液中，直到凝胶形成；制得的凝胶烘干、研磨，既得包覆有硫碳的氮掺杂富锂锰基层状材料。本发明的覆有硫碳的氮掺杂锰基层状富锂氧化物具有高的比容量和优异的循环性能，尤其是其倍率性能和充放电库伦效率，相对于同成分的锰基层状富锂氧化物和单纯的包覆改性锰基层状富锂氧化物而言，得到了很大的改善。

2、专利申请CN201610942872.9，公开了一种锂离子电池用柔性自支撑富锂锰基正极及其制备方法，其制备方法如下：采用共沉淀的方法获得锰镍钴碳酸盐球形前驱体，将锰镍钴碳酸盐球形前驱体与锂盐进行均匀混合、煅烧，获得球形富锂锰基正极材料，将球形富锂锰基正极材料与一维碳材料分散液混合，采用真空抽滤的方法制备柔性自支撑富锂锰基正极。本发明以一维碳材料构筑三维结构集流体，取代传统金属集流体，同时无需加入粘结剂与导电剂，使电池具有更高的能量密度。本发明工艺简单、制备成本低，性能提升明显可靠，制备的柔性自支撑富锂锰基正极具有较大的比容量与优异的倍率、循环性能。

3、专利申请CN201610758473.7，公开了一种高品质富锂锰基锂离子电池正极材料及其合成方法，包括以下步骤：氨基酸与镍钴锰金属络合制备前驱体，上述前驱体与锂盐混合经球磨、干燥、煅烧得到成品。氨基酸作络合剂，环保无毒，对运营设备的腐蚀性极小；其对镍、钴、锰的络合作用略强于氨水，且对三金属的络合作用相近，有利于三种过渡金属共沉淀，实现各金属元素在材料中的均匀分布，提高富锂锰基材料综合电化学性能，提升材料的品质。本发明制备的富锂锰材料具有高振实密度、高压实密度、电化学性能较优等特点。