[發(fā)明專利]富鋰錳基復(fù)合正極材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112038615A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧城;李冰;邱昭政;梁世碩
• 申請（專利權(quán)）人: 昆山寶創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/052
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發(fā)明公開了富鋰錳基復(fù)合正極材料及其制備方法和應(yīng)用，該方法包括：將富鋰錳基正極材料與酸液混合后進行球磨后得到酸化后富鋰錳基正極材料，然后將酸化后富鋰錳基正極材料與可溶性鑭鹽、可溶性錳鹽、可溶性鍶鹽和有機溶劑混合后進行球磨，以便在正極材料表面形成包覆層，再將球磨后得到的正極材料進行煅燒，得到富鋰錳基復(fù)合正極材料。采用該方法提高了正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、倍率性能以及體積能量密度，且降低了生產(chǎn)成本，操作簡單可規(guī)模化生產(chǎn)，有利于商業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種富鋰錳基復(fù)合正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有高比能量、無記憶效應(yīng)、長壽命、環(huán)境友好等優(yōu)點，在電子消費品和電動汽車領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展前景。然而，鋰離子電池還處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期，它的性能、成本和安全性還無法滿足市場的需求。鋰離子電池的能量密度很大程度上取決于正極材料的比容量，目前工業(yè)化生產(chǎn)的正極材料有NCM(通常包含111型、523型、622型和811型)、NCA、LiFePO₄、LiMnO₄，然而以上正極材料的比容量目前的水平均小于210mAh/g，遠遠不能滿足高能量密度的需求，因而尋找具有高比容量的正極材料迫在眉睫。

自2001年J.R.Dahn等發(fā)現(xiàn)富鋰錳基正極材料在4.5V以上的充電電壓具有超高的比容量以來，富鋰錳基越來越受到科研界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。經(jīng)過改性后，富鋰錳基的比容量可以達到300mAh/g以上，北京大學(xué)夏定國團隊合成了O₂結(jié)構(gòu)的富鋰錳基，比容量高達400mAh/g。就成本而言，富鋰錳基的鈷、鎳的含量只有三元材料的1/3左右，甚至可以做到無鈷，可降低正極材料20-40％的成本，而且隨著合成、改性技術(shù)越發(fā)成熟，富鋰錳基的成本將進一步降低。此外，較高Mn元素含量還提高了材料熱穩(wěn)定性和電池安全性。然而，Li₂MnO₃提供超高比容量的同時，也存在離子導(dǎo)電性差，Li⁺擴散系數(shù)小，首次庫倫效率低和循環(huán)電壓衰減等問題。這些結(jié)構(gòu)缺陷是導(dǎo)致富鋰錳基正極材料一直未能成為主流正極材料的最大原因。

目前對富鋰錳基正極材料的改性多集中在表面修飾和元素摻雜兩個方面。這些改性方法可以有效提升材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。但是這些方法都存在較大的技術(shù)難度，例如難以得到均勻穩(wěn)定的包覆層、摻雜元素難以進入晶格且容易生成雜相。在表面修飾時，如果包覆層與基體材料僅依賴物理作用或弱化學(xué)結(jié)合力，在后期的循環(huán)過程中極易導(dǎo)致脫落，循環(huán)穩(wěn)定性變差并可能惡化其它電化學(xué)性能。

因此，現(xiàn)有富鋰錳基正極材料有待改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種富鋰錳基復(fù)合正極材料及其制備方法和應(yīng)用，采用該方法提高了正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、倍率性能以及體積能量密度，且降低了生產(chǎn)成本，操作簡單可規(guī)模化生產(chǎn)，有利于商業(yè)化應(yīng)用。

在本發(fā)明的第一個方面，本發(fā)明提出了一種制備富鋰錳基復(fù)合正極材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述制備富鋰錳基復(fù)合正極材料的方法包括：

(1)將富鋰錳基正極材料與酸液混合后進行球磨，以便得到酸化后富鋰錳基正極材料；

(2)將所述酸化后富鋰錳基正極材料與可溶性鑭鹽、可溶性錳鹽、可溶性鍶鹽和有機溶劑混合后進行球磨，以便在正極材料表面形成包覆層；

(3)將步驟(2)得到的正極材料進行煅燒，以便得到富鋰錳基復(fù)合正極材料。