[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正極材料錳鎵酸鋰及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010134375.2
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN111410233A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于偉
• 申請（專利權(quán)）人: 晉江云智新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C01G45/12
• 分類號(hào): C01G45/12;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市漢唐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

本發(fā)明提供一種鋰離子電池正極材料錳鎵酸鋰及其制備方法。所述錳鎵酸鋰的成分LiMn_2?xGa_xO₄(x=0.02?0.06)，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鎵的含量是錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5?10%。在本發(fā)明中，通過引入大量的鎵元素，形成鎵改性的錳鎵酸鋰二元正極材料，因?yàn)轭愪X元素??鎵的引入量大于5%以上，已經(jīng)超出了摻雜改性的范疇，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)這種二元正極材料擁有優(yōu)異的循環(huán)壽命。半電池測試表明，1C充放的條件下，放電比容量105?110mAh/g,循環(huán)100周，容量保持率大于98%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能材料及電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池正極材料錳鎵酸鋰及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其具有高的能量密度、優(yōu)異的循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)、低的自放電率以及低污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在日常生活中。在鋰離子電池的發(fā)展過程中，正極材料始終是關(guān)鍵性因素。目前常用的正極材料主要有磷酸鐵鋰，錳酸鋰，鈷酸鋰以及三元正極材料，其中，磷酸鐵鋰價(jià)格比較便宜，壽命好，安全性能好，但合成一致性差，低溫性能差，能量密低；鈷酸鋰的電化學(xué)性能最好，但價(jià)格昂貴；三元正極材料電性能優(yōu)異，價(jià)格較高，但循環(huán)穩(wěn)定性不好、安全性能不理想。錳酸鋰具有原料豐富、成本低、安全性能好以及對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但是高溫性能差，循環(huán)壽命差等缺點(diǎn)，在動(dòng)力電池方面的應(yīng)用受到了限制。本發(fā)明在現(xiàn)有錳酸鋰材料的基礎(chǔ)上，通過在錳酸鋰中大量引入類鋁元素--鎵元素進(jìn)行改性，制備錳鎵酸鋰正極材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種兩元正極材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，材料性價(jià)比極高，在動(dòng)力電池方面具有極大的使用優(yōu)勢。

現(xiàn)有的錳酸鋰因?yàn)樾詢r(jià)比高，是鋰離子電池的理想材料，但是在使用過程中錳酸鋰中的錳存在溶解現(xiàn)象，特別是高溫下溶解更快，會(huì)造成活性物質(zhì)的減少，從而使容量衰減。另外在接近4v放電平臺(tái)末期，錳酸鋰表面離子有可能過放電而發(fā)生Jahn-Teller崎變，尤其在高溫下（＞60℃）畸變更大，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變，進(jìn)而影響到容量衰減。現(xiàn)有的錳酸鋰制備技術(shù)中，主要是將鋰源、錳源、摻雜物等通過固相或液相混合后燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為680℃-900℃，燒結(jié)產(chǎn)物經(jīng)過破碎過篩后得到錳酸鋰產(chǎn)品。另外，有部分動(dòng)力錳酸鋰產(chǎn)品還需要加入包覆劑二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為500℃-800℃，燒結(jié)后的產(chǎn)物經(jīng)破碎過篩得到產(chǎn)品。這些方法工藝簡單，易于控制，是工業(yè)化生產(chǎn)普遍采用的方法。但是并沒有解決充放電過程中錳的溶解，導(dǎo)致錳酸鋰循環(huán)性能(特別是高溫循環(huán))較差，限制了錳酸鋰正極材料的廣泛應(yīng)用。

主要技術(shù)問題及缺陷：

錳酸鋰制備技術(shù)中，主要是將鋰源、錳源、摻雜物等通過固相或液相混合后燒結(jié)，然后經(jīng)過粉碎，分級(jí)，除磁和包裝制成成品。使用過程中錳酸鋰中的錳存在溶解現(xiàn)象，特別是高溫下溶解更快，會(huì)造成活性物質(zhì)的減少，從而使容量衰減。另外在接近4v放電平臺(tái)末期，錳酸鋰表面離子有可能過放電而發(fā)生Jahn-Teller崎變，尤其在高溫下（＞60℃）畸變更大，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)變，進(jìn)而影響到容量衰減。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鋰離子電池正極材料錳鎵酸鋰及其制備方法。

一種鋰離子電池正極材料錳鎵酸鋰，所述錳鎵酸鋰的成分LiMn_2-xGa_xO₄ (x=0.02-0.06)，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鎵的含量是錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5-10%。

一種鋰離子電池正極材料錳鎵酸鋰的制備方法，包括如下幾個(gè)步驟：