[发明专利]一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池，涉及电池材料技术领域。镍锰酸锂正极材料的制备方法包括：将镍锰二元前驱体和锂源混合后在混合气氛下进行一次烧结，混合气氛包括氧气、氮气和二氧化硫，且氧气、氮气和二氧化硫的体积比为2:6.5~7.0:1.0~1.5。通过在一次烧结过程中引入氧气、氮气和二氧化硫形成的混合气体，并配合调整气体的用量比例，可以显著改善镍锰酸锂正极材料的循环性能。这可能是由于引入的混合气体可以在烧结过程中修复晶体的100面，改变晶相结构，减少Mn³⁺的产生，进而减少歧化反应的发生，减少放电时Mn单质的析出，提高材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体而言，涉及一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

钴由于其稀缺性和战略价值，导致价格长期居高不下，从能源安全和经济性方面考量，无钴材料会是未来新能源领域的一个重要分支。根据报道，已经有少部分电池在增加电池镍成分的同时，也大幅降低了钴的用量。其中，镍锰酸锂电池具备10min快速充电、耐宽温(-40~60℃)、循环使用寿命长、能量密度高等特点，被誉为最具有发展潜力的正极材料。

近年来，关于LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料相关方面的研究和应用形成快速增长的势态，一些公司已经在开始尝试LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的商品化开发问题。目前众多企业已布局5V尖晶石镍锰酸锂材料的研发。

但是，镍锰酸锂电池存在着难以克服的缺陷：

（1）循环寿命低，尤其高温循环时，镍锰酸锂中的Mn³⁺易发生歧化反应生成Mn²⁺和Mn⁴⁺，其中Mn²⁺易溶于电解液，使得锰酸锂中的Mn³⁺大量损失，进而降低了电池的容量。

（2）Mn³⁺最多的聚集在100面，晶体的不稳定性表现的比较突出，会造成循环性能下降；Mn³⁺的产生，易产生歧化反应，在负极上面吸附出Mn单质，导致刺穿隔膜，产生热失控。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法及锂离子电池，旨在显著改善材料的循环性能。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括：

将镍锰二元前驱体和锂源混合后在混合气氛下进行一次烧结，混合气氛包括氧气、氮气和二氧化硫，且氧气、氮气和二氧化硫的体积比为2:6.5~7.0:1.0~1.5；

其中，镍锰二元前驱体的化学式为Ni_xMn_1~x(OH)₂，X=0.24~0.26。

在本发明可选的实施方式中，一次烧结的过程中，控制烧结温度为850℃~950℃，保温时间为10h~15h；

在升温至烧结温度的过程中，控制升温速率为2.5℃/min~3.5℃/min。

在本发明可选的实施方式中，一次烧结的过程中，控制炉膛内气体压强为5Pa~20Pa。

在本发明可选的实施方式中，在烧结温度的条件下保温结束后，进行退火，退火过程是控制保温区温度为450℃~650℃，保温时间为2h~6h。

在本发明可选的实施方式中，将镍锰二元前驱体与锂源和掺杂剂混合均匀后再进行一次烧结；