[發明專利]一種改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料的制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011042139.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112242515B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 呂根品;向偉;張軍;程正;溫益凡
• 申請（專利權）人: 乳源東陽光磁性材料有限公司;韶關東陽光科技研發有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M10/052;H01M4/36
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發明公開了一種改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料的制備方法和應用。該方法包括如下步驟：S1.將錳源、鎳源和鈷源充分溶解于去離子水中，得到混合金屬鹽溶液；S2.加入無機強堿和氨水溶液調節步驟S1所得混合金屬鹽溶液的pH為7.5～8.5，連續攪拌，充分反應，過濾，洗滌，真空干燥，得到含錳鎳鈷的富鋰錳基層狀氧化物前驅體；S3.將步驟S2所得前驅體和強氧化劑充分溶解于去離子水中，連續攪拌，洗滌離心，真空干燥；S4.將步驟S3所得前驅體和鋰源充分研磨混合，將所得混合物480℃～520℃煅燒5.5～6.5h后800℃～900℃煅燒11.5～12.5h，充分研磨，即得。該正極材料放首圈充放電效率、放電比容量、倍率性能和循環性能優異，具有較低的電壓衰減，能夠廣泛應用于制備鋰離子電池。

技術領域

本發明屬于電池正極材料技術領域。更具體地，涉及一種改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料的制備方法和應用。

背景技術

隨著不可再生化石能源的不斷消耗，環境污染以及溫室效應等問題的不斷出現，對現代社會可持續發展造成了嚴峻的挑戰。發展清潔可再生能源是未來社會發展的必由之路。太陽能、勢能、潮汐能、風能、地熱能等新型清潔能源不斷的受到人們的廣泛關注。新能源的發展必然帶動儲能領域的不斷進步。但是新能源存儲困難，且儲存成本較高，由此清潔可再生能源的儲備裝置成為制約該類能源應用的關鍵因素。由于優異的能量轉換效率、較長的循環壽命和低成本等優點，鋰離子電池脫穎而出。然而，決定儲能裝置的性能的關鍵部件就是鋰離子電池正極材料。

目前，已經出面了一系列鋰離子正極材料，比如：層狀結構過渡金屬氧化物、尖晶石結構過渡金屬氧化物和橄欖石結構聚陰離子化合物。其中，富鋰錳基層狀氧化物正極材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0x1，M＝Mn、Ni、Co)具有較高的比容量(250mAh·g^-1)、高電壓(4.5V)和低成本等優點，引起了國內外專家具學者的廣泛研究，被認為是下一代最具有潛力的鋰離子正極電池材料之一(張一笛，層狀富鋰錳基鋰離子電池正極材料的制備及其電化學性能，浙江大學，2016)。但是，這類材料具有較低的首圈庫倫效率、較差的循環穩定性和倍率性能，這些問題嚴重的阻礙了富鋰錳基層狀氧化物正極材料的的工業化及實際應用，急需解決。

因此，開發一種具有較高能量轉化、較好的循環穩定性和倍率性能以及較小的電壓衰減的改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料，具有重要的研究意義和應用價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有富鋰錳基層狀氧化物正極材料的首圈庫倫效率低、循環穩定性差、電壓急劇衰減、倍率性能低的缺陷和不足，提供一種改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料的制備方法和應用。

本發明的目的是提供一種改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料的制備方法。

本發明的另一目的是提供所述方法制備得到的改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料在制備鋰離子電池中的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1.將錳源、鎳源和鈷源充分溶解于去離子水中，得到混合金屬鹽溶液；

S2.加入無機強堿和氨水溶液調節步驟S1所得混合金屬鹽溶液的pH為7.5～8.5，連續攪拌，充分反應，過濾，洗滌，真空干燥，得到含錳鎳鈷的富鋰錳基層狀氧化物前驅體；

S3.將步驟S2所得前驅體和強氧化劑充分溶解于去離子水中，連續攪拌，洗滌離心，真空干燥；

S4.將步驟S3所得前驅體和鋰源充分研磨混合，將所得混合物480℃～520℃煅燒5.5～6.5h后800℃～900℃煅燒11.5～12.5h，充分研磨，即得改性富鋰錳基層狀氧化物正極材料。