[發明專利]高振實密度富鋰錳基正極材料的制備方法及高振實密度富鋰錳基正極材料和鋰離子電池

在審

• 申請號: 201811326748.5
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109286017A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 陳橙;汪志華;苗力孝
• 申請（專利權）人: 桑德集團有限公司;桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李進

本發明提供了一種高振實密度富鋰錳基正極材料的制備方法及高振實密度富鋰錳基正極材料和鋰離子電池，涉及電池技術領域，所述制備方法包括如下步驟：先將鎳鹽、錳鹽和鈷鹽溶解在溶劑中，或將鎳鹽和錳鹽溶解在溶劑中，混合均勻，加入沉淀劑，得到前驅體，再將前驅體和鋰鹽混合均勻，一次燒結，得到富鋰錳基正極材料；將過渡金屬鹽和鋰鹽溶解在溶劑中，加入富鋰錳基正極材料中，混合均勻，去除溶劑，二次燒結，得到高振實密度富鋰錳基正極材料；本發明提供的制備方法得到的高振實密度富鋰錳基正極材料通過在空隙中填充過渡金屬鹽和鋰鹽，不僅提高了振密實度，而且提高了顆粒強度，從而提高了其作為正極材料制成的鋰離子電池的電性能。

技術領域

本發明涉及電池正極材料技術領域，尤其是涉及一種高振實密度富鋰錳基正極材料的制備方法及高振實密度富鋰錳基正極材料和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因其高電壓、高容量、安全性能好的特點，已經廣泛應用于3C數碼消費、便攜電子設備、電動車等領域。隨著消費的升級，對設備輕量化、長續航等更高的要求，需要鋰離子電池具備更高的能量密度。現在使用的鋰離子正極材料主要是鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰。這幾款正極材料的比容量均不超過200mAh/g，而鋰離子正極材料相對于負極材料的容量較低，所以鋰離子電池的能量密度主要受到鋰離子正極材料的制約。富鋰錳基正極材料能夠實現超過250mAh/g的比容量，被認為是下一代高能量密度鋰離子電池的候選材料之一，因此成為人們研究的熱點。

富鋰錳基正極材料眾多的制備方法中，最可能工業化生產應用的方法是共沉淀法。共沉淀法根據沉淀劑的不同又可以分為氫氧化物體系、碳酸鹽體系和草酸鹽體系。但采用氫氧化物體系得到的沉淀物中的錳元素對空氣敏感，在干燥和洗滌過程中容易被氧化而導致前驅體分相，導致燒結產物容易形成Li₂MnO₃的團簇，在高電壓激活時，造成極大的局部應力使性能惡化。而碳酸鹽體系和草酸鹽體系制備得到的沉淀物在空氣中則穩定得多，抗氧化性強，使得共沉淀法合成前驅體的條件較為溫和。但是其與鋰鹽混合燒結時會從前驅體內部生成 CO₂，導致材料孔隙率較高，使得材料的密度和強度降低，制約了其實際應用。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種高振實密度富鋰錳基正極材料的制備方法以緩解現有采用草酸鹽體系或碳酸鹽體系制備得到的富鋰錳基正極材料前驅體與鋰鹽混合燒結，材料孔隙率高，密度和強度降低，制約其實際應用的技術問題。

本發明提供的高振實密度富鋰錳基正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(a)將鎳鹽、錳鹽和鈷鹽溶解在溶劑中，或將鎳鹽和錳鹽溶解在溶劑中，混合均勻，加入沉淀劑，得到前驅體；

(b)將前驅體和鋰鹽混合均勻，一次燒結，得到富鋰錳基正極材料；

(c)將過渡金屬鹽和鋰鹽溶解在溶劑中，加入富鋰錳基正極材料中，混合均勻，去除溶劑，二次燒結，得到高振實密度富鋰錳基正極材料；

其中，沉淀劑包括草酸鹽和/或碳酸鹽。

進一步的，步驟(a)中，所述鎳鹽中鎳離子、鈷鹽中的鈷離子和錳鹽中的錳離子的摩爾比為1：(0-1)：(3-6)；

優選地，溶劑中金屬離子的摩爾濃度為0.5-5mol/L。

進一步的，步驟(b)中，前驅體中金屬離子和鋰鹽中鋰離子的摩爾比為1:(1.2-1.7)。

進一步的，步驟(c)中，過渡金屬鹽中金屬離子與鋰鹽中鋰離子的摩爾比為1:(0.8-1.7)。

進一步的，步驟(c)中，所述過渡金屬鹽中的金屬離子占所述富鋰錳基正極材料的以質量百分比計的0.5％-2.5％。