[發明專利]碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010467448.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111634957B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 劉園園;許國干;呂焱;任瑜
• 申請（專利權）人: 天目湖先進儲能技術研究院有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01B32/05;H01G11/34;H01G11/44;H01G11/46;H01G11/50;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

1.一種碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

將鎳鹽和/或鈷鹽，以及錳鹽、摻雜金屬的鹽類化合物分散于混合溶劑中，混合均勻，再加入適量堿源以調節溶液pH值至8～10之間，得到混合溶液；將混合溶液轉移到反應釜中放置于烘箱內加熱，加熱完成冷卻至室溫后，將所得產物用去離子水和無水乙醇交替洗滌數次，干燥后得到金屬摻雜富鋰錳前驅體材料；其中，所述溶劑為水和有機溶劑的混合液，水與有機溶劑的體積比在1:0.5～1:3之間；所述混合溶液中，金屬離子總濃度為1mol/L～3mol/L；

將所述金屬摻雜富鋰錳正極材料前驅體與過量2％～10％的鋰源混合，分散均勻后置于燒結爐中進行分段煅燒，制備得到金屬摻雜富鋰錳正極材料；其中所述金屬摻雜富鋰錳正極材料的分子式為xLi₂MnO₃·(1-x)Li(M1_1-aM2_a)O₂，其中M1為Ni、Co、Mn中的一種或多種，M2為Na、Mg、Al、Ti、K、Mo、Nb中的一種或多種，x，a分別為摩爾分數，其中0.1≤x≤0.9，0.001≤a≤0.1；

按照質量比100：0.01～100：0.1，將金屬摻雜富鋰錳正極材料與低沸點長鏈碳在混料機中混合均勻，再將混合物料置于爐中煅燒，得到所述碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料；其中，所述低沸點長鏈碳包括：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚對苯撐、聚苯胺、聚喹啉、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的一種或多種混合；

所述分段煅燒具體包括：低溫煅燒、中溫煅燒和高溫煅燒三個過程；

所述低溫煅燒的溫度為400℃～600℃，升溫速率為1℃/min～5℃/min，煅燒時間2小時～8小時；

所述中溫煅燒的溫度為600℃～800℃，升溫速率為2℃/min～5℃/min，煅燒時間5小時～15小時；

所述高溫煅燒的溫度為800℃～1000℃，升溫速率為3℃/min～8℃/min，煅燒時間為5小時～12小時。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，

所述鎳鹽包括：硫酸鎳、硝酸鎳、乙酸鎳、氯化鎳中的一種或多種；

所述鈷鹽包括：硫酸鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、氯化鈷中的一種或多種；

所述錳鹽包括：硫酸錳、硝酸錳、乙酸錳、氯化錳中的一種或多種；

所述摻雜金屬包括：鈉、鎂、鋁、鐵、鉀、鉬、鈦、鈮中的一種或多種；

所述鹽類化合物包括：硫酸鹽、硝酸鹽、乙酸鹽、氯化鹽中的一種或多種；

所述堿源包括：乳酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、尿素中的一種或多種；

所述有機溶劑包括：甲醇、二甲基甲酰胺、乙醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、異丙醇、四氫呋喃、丙醇、正丁醇、正丙醇、異丙醇中的一種或多種；

所述鋰源包括：氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、乙酸鋰中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述加熱的反應溫度為100℃～250℃，反應時間為5小時～15小時；所述干燥的溫度為60℃～120℃。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合具體包括：球磨混合、機械攪拌混合、磁力攪拌混合或研缽研磨混合中的一種或幾種結合。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述將所述金屬摻雜富鋰錳正極材料前驅體與過量2％～10％的鋰源混合具體為：按物質的量比M：Li＝1:1.2～1：1.8進行混合，其中M的物質的量為所述金屬摻雜富鋰錳正極材料前驅體中金屬物質的量總和。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒的溫度為300℃～700℃，升溫速率為3℃/min～5℃/min，煅燒時間為3小時～10小時。

7.一種上述權利要求1-6任一所述制備方法制備得到的碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料。

8.一種包括上述權利要求7所述的碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料的鋰離子電池正極材料。

9.一種包括上述權利要求7所述的碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料的鋰離子儲能器件。