[發(fā)明專利]鋰離子電池二元正極材料及其制備方法、正極和鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011032079.8
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112349901A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉少軍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇合志新能源材料技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京華進(jìn)京聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 王勤思

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池二元正極材料的制備方法，包括以下步驟：將兩種+2價金屬元素的固態(tài)乙酸鹽和固態(tài)有機(jī)酸混合進(jìn)行低熱固相反應(yīng)，得到二元前驅(qū)體，其中一種乙酸鹽為乙酸錳，另一種乙酸鹽為乙酸鎳、乙酸鈷、乙酸亞鐵、乙酸鉻、乙酸銅中的任意一種；以及將所述二元前驅(qū)體與鋰源混合所得的混合物高溫煅燒得到正極材料。本發(fā)明還涉及一種鋰離子電池二元正極材料、正極和一種鋰離子電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)電池材料領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰離子電池二元正極材料及其制備方法、正極和鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池?fù)碛须妷焊摺⑷萘扛摺⒛芰棵芏却蟆⒀h(huán)性能好、環(huán)境友好等多方面優(yōu)勢。鋰離子電池的性能很大程度上更取決于正極材料。正極材料制約著電池的綜合性能。

尖晶石型LiMn₂O₄正極材料因其晶體結(jié)構(gòu)中鋰離子嵌入、脫嵌速率較快和無毒、成本較低等優(yōu)點，成為目前動力電池研究開發(fā)的重點。由于尖晶石LiMn₂O₄材料在使用過程中存在Jahn-Teller效應(yīng)、錳離子在電解液中歧化反應(yīng)及溶解等問題，導(dǎo)致材料的電化學(xué)循環(huán)性能比較的差。針對這個問題，目前研究較多的就是對其進(jìn)行離子摻雜與表面包覆改性。由于動力電池的應(yīng)用要求電池功率性能好，工作電壓較高，因此，為了改善尖晶石錳酸鋰正極材料循環(huán)穩(wěn)定性較差的問題，以及提高材料的放電電壓，目前的研究主要集中在金屬離子摻入替代部分錳離子，制備新的尖晶石型正極材料。不同元素?fù)诫s后尖晶石LiM_xMn_2-xO₄(M＝Ni,Co,Cr,Cu等)正極材料的電壓變化會發(fā)生變化，摻雜后的尖晶石錳酸鋰材料表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能。

尖晶石LiM_xMn_2-xO₄的形成過程中，不僅成核過程困難，而且隨著要使反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行并增加LiM_xMn_2-xO₄產(chǎn)物層厚度，Mn⁴⁺和M²⁺必須擴(kuò)散通過產(chǎn)物層到達(dá)反應(yīng)界面，這一步也是困難的。近期發(fā)展起來的低熱固相反應(yīng)方法克服了液相反應(yīng)在雜質(zhì)離子影響和環(huán)境污染等方面的缺陷，同時有效縮短了材料的制備流程，合成溫度比傳統(tǒng)的固相法明顯降低。但是目前現(xiàn)有的低熱固相反應(yīng)方法制備的正極材料仍然存在顆粒分散性和均一性差的問題，導(dǎo)致最終制備的正極材料在電池充放電過程中的循環(huán)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對制備的正極材料顆粒分散性和均一性差的問題，提供一種

本發(fā)明提供一種鋰離子電池二元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將兩種+2價金屬元素的固態(tài)乙酸鹽和固態(tài)有機(jī)酸混合進(jìn)行低熱固相反應(yīng)，得到二元前驅(qū)體，其中一種乙酸鹽為乙酸錳，另一種乙酸鹽為乙酸鎳、乙酸鈷、乙酸亞鐵、乙酸鉻、乙酸銅中的任意一種；以及

將所述二元前驅(qū)體與鋰源混合所得的混合物高溫煅燒得到正極材料。

在其中一個實施例中，所述兩種乙酸鹽中的至少一種含有結(jié)晶水。

在其中一個實施例中，所述固態(tài)有機(jī)酸包括草酸、己二酸、丁二酸、檸檬酸、酒石酸中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰和硫酸鋰中的任意一種。

在其中一個實施例中，所述低熱固相反應(yīng)的反應(yīng)溫度為20℃～100℃，反應(yīng)時間為20min～40min。

在其中一個實施例中，所述兩種+2價金屬元素的固態(tài)乙酸鹽的總摩爾質(zhì)量與所述固態(tài)有機(jī)酸的摩爾質(zhì)量之比為(0.8～1)：1。

在其中一個實施例中，所述三元前驅(qū)體與所述鋰源混合之前，進(jìn)一步包括，將所述三元前驅(qū)體進(jìn)行真空干燥的步驟。