[发明专利]一种富锂锰基正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法与应用，所述富锂锰基正极材料的制备方法包括：锰源、M源、增稠剂与有机溶液混合均匀，然后加入表面活性剂，混合均匀后得到混合溶液，所述锰源与M源的添加量按照富锂锰基正极材料的化学式确定；使用氨水调节混合溶液的pH，然后静置老化，抽滤后得到滤饼，滤饼干燥后得到氧化物前驱体；按照富锂锰基正极材料中各元素的比例混合锂源、卤族元素源与氧化物前驱体，保护气氛下进行热处理，得到所述富锂锰基正极材料。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法与应用，尤其涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池产业已经进入快速发展阶段。影响锂离子电池性能的关键材料主要有正极材料、负极材料、电解液等。其中，正极材料是目前限制电池性能的主要因素，正极材料的成本接近锂离子电池成本的40％。

锂离子电池实现规模化应用，需同时满足低成本、安全、不受自然资源限制、高能量密度等一系列要求。目前研究的锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、尖晶石结构的锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂。但是，LiCoO₂成本高，且Co³⁺有毒，材料在过充时结构不稳定；LiNiO₂的合成条件苛刻，部分锂位被镍位占据，有序度低，可逆性差；LiMnO₂在高温下的热稳定性差；尖晶石结构的LiMn₂O₄在循环过程中会发生相转变而导致容量损失，对于二元材料LiNi_1-xCo_xO₂(0x1)和三元材料LiNi_1-xCo_xMn_yO₂(0x1,0y1)来说，虽然其综合了几种材料的优点，但其容量均难以达到200mAh/g，不能满足电动汽车高比能量的要求。

富锂锰基正极材料的高比容量(200-300mAh/g)和工作电压(＞4.5V)使其具有高的能量密度，而且Mn元素比例提高的同时降低了Co的含量，从而降低了材料的成本，对环境友好。因此，富锂锰基正极材料成为满足动力汽车用锂离子电池的理想之选。

CN 110212189 A公开了一种富锂锰基材料及其制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：将钒酸盐放入溶剂中，加热并搅拌使其溶解成钒酸盐溶液；加入氨水调节pH值，加入富锂锰基材料形成悬浮液；加热并不断搅拌使悬浮液中的水分蒸发掉；先送入鼓风干燥箱中烘干，再经煅烧、球磨、过筛，制得富锂锰基材料。该方法能够在富锂锰基材料的表面形成致密的五氧化二钒包覆层，阻止正极材料与电解液的直接接触，从而改善了循环性能，但未对富锂锰基材料本身的性质与制备方法进行优化。

CN 108511710 A公开了一种富锂锰基离子电池正极材料及其制备方法，所述富锂锰基正极材料包括富锂锰基正极材料表面上的尖晶石相LiM₂O₄以及包覆在富锂锰基正极材料外的氟化锂包覆层；其制备方法包括以下步骤：富锂锰基正极材料中添加一定质量比的氟化铵和碳酸锂，研磨并混合均匀，得到混合粉末；将混合粉末在密闭条件下进行低温焙烧热处理，得到所述富锂锰基离子电池正极材料。该方法同样并未涉及到对富锂锰基正极材料本身性能的优化。

CN 109704415 A公开了一种富锂锰基前驱体及其制备方法和富锂锰基正极材料，所述制备方法包括如下步骤：(1)将镍盐、钴盐、锰盐和掺杂离子盐溶于水中，得到混合盐溶液；(2)在所述混合盐溶液中加入沉淀剂和络合剂，调节pH值，得到反应前驱体；(3)将所述反应前驱体进行间断式超声震荡，得到富锂锰基前驱体粗品。该方法通过调节pH值与间断式超声震荡的方法控制所得富锂锰基前驱体的粒径，从而提高富锂锰基前驱体材料电化学性能，但性能提高有限。