[發(fā)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

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• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111634957B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)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(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

本發(fā)明涉及一種碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料及其制備方法和應用，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(diào)節(jié)溶液pH值至8～10之間，得到混合溶液；將混合溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中放置于烘箱內(nèi)加熱，冷卻洗滌干燥后得到金屬摻雜富鋰錳前驅(qū)體材料；將金屬摻雜富鋰錳正極材料前驅(qū)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；其中金屬摻雜富鋰錳正極材料的分子式為xLisubgt;2/subgt;MnOsubgt;3/subgt;·(1?x)Li(M1subgt;1?a/subgt;M2subgt;a/subgt;)Osubgt;2/subgt;；按照質(zhì)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，得到碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰電池材料技術領域，尤其涉及一種碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料及其制備方法和應用。

背景技術

富鋰錳基材料與目前使用的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄和NCM、NCA等相比，在高壓充放電中具有更高的比容量和能量密度，被視為高能量密度鋰離子電池的理想選擇，成為目前熱門的高容量正極材料。

然而，富鋰錳基正極材料在高壓充放電循環(huán)中因氧釋放和部分鋰無法回嵌到原結構中導致部分金屬離子填補氧空位，使材料在循環(huán)過程中產(chǎn)生結構變化，有尖晶石相生成嚴重影響材料穩(wěn)定性及電容量；此外，富鋰錳基材料具有因本身較低導電性導致的倍率性能差、循環(huán)中電壓降等問題。

近年來，研究人員常采用元素摻雜、表面包覆、表面預處理等技術手段解決以上問題。其中，富鋰材料摻雜大多在合成前驅(qū)體之后，往往是在與鋰源混合時加入，工藝步驟復雜，需要額外的煅燒或其他工藝過程，另外前驅(qū)體合成均勻度較難控制。此外，表面包覆作為一種常用的材料性能提升手段，包覆材料是否能夠與被包覆材料表面形成良好接觸和均勻包覆，也是影響性能提升效果的重要一環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供了一種碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料及其制備方法和應用，在前驅(qū)體合成時采用混合溶劑熱反應合成金屬元素摻雜前驅(qū)體，通過混合溶劑熱方法摻雜金屬離子，使鎳、鈷、錳金屬離子及摻雜離子混合更加均勻充分，提高材料煅燒后的一致性；在碳包覆層制備過程中以低沸點長鏈碳做碳源，升溫過程中低沸點長鏈碳經(jīng)過氣化均勻分布在被包覆材料周圍，隨后高溫碳化，形成原位生成碳均勻包覆的金屬摻雜富鋰錳基正極材料。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種碳包覆混合溶劑熱摻雜富鋰錳材料的制備方法，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(diào)節(jié)溶液pH值至8～10之間，得到混合溶液；將混合溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中放置于烘箱內(nèi)加熱，加熱完成冷卻至室溫后，將所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇交替洗滌數(shù)次，干燥后得到金屬摻雜富鋰錳前驅(qū)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(qū)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(shù)，其中0.1≤x≤0.9，0.001≤a≤0.1；