[發明專利]一種聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011117778.2
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112768683A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 周鋼;鄒鴻東;李貴
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院;東莞市鉅大電子有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳華奇信諾專利代理事務所(特殊普通合伙) 44328
• 代理人: 陳子勛

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料及其制備方法。聚陰離子摻雜的富錳三元材料的化學式為：(LiNi₂Co₂Mn₅)1?bMgbO_2?x(BO₃)x；其中b、x為摩爾分數，0≤b≤0.01，0.1≤x≤0.2。制備方法，包括以下步驟：(1)：將摩爾比為5:3:2的Mn、Ni、Co的碳酸鹽與等濃度的NaOH溶液混合進行沉淀反應；(2)：按比例加入Mg的硫酸鹽與等濃度的NaOH溶液混合，得到沉淀后清洗備用；(3)：向(2)中所得物加入Li₃BO₃溶液和去離子水，溶解反應后干燥；(4)：向(3)中所得物加入Li₂CO₃的無水乙醇溶液中混合反應后干燥；(5)：在氧氣氣氛下燒結。該聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料分散性好、粒度均勻、電性能穩定、能量密度高；該制備方法以簡單易操作，適合大規模生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為新能源得到了廣泛的關注，并在近幾年發展十分的迅猛。依據其作用機理可以了解到，其正極材料決定了鋰電池整體的性能，因此，開發出新的高性能正極材料是進一步推動鋰離子電池發展的關鍵。目前商用的正極材料，如錳酸鋰雖然具有較好的安全性能，但是其能量密度較低，且在電池充放電過程中會不可逆轉的向尖晶石結構轉變，嚴重影響其循環性能。而鈷酸鋰具有較高的性能，但由于其安全性能差，影響了其發展。這類只含有Mn、Ni、Co單一元素的正極材料在使用過程中逐漸暴露出缺陷，無法再滿足人們對鋰電池性能的要求。隨著三元材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂的出現，彌補了單一元素正極材料的缺陷，成為了鋰電正極材料的主力軍。

傳統的NCM三元材料，包括523、622、811等在能量密度和綜合電性能方面具有一定的優勢，尤其是811，其克容量可達到195mAh/g。但是高鎳三元材料的熱穩定性較差，對電池安全性能要求高的產品無法滿足其安全性要求。此外，Ni含量過高，導致部分Ni會占據Li的3a 位置，出現離子混排現象，從而導致在充放電過程中Li⁺不能重新嵌入，造成嚴重的容量衰減。但是Ni、Co、Mn三種金屬元素具有協同作用，可以最大限度的發揮三種金屬氧化物的優勢。因此，目前如何調節三種金屬原料的配比以達到最好的安全性能和能量密度是本領域研究的難點和重點。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料，該聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料具有穩定的電性能，能量密度較高，安全性能突出。本發明的另一目的在于提供一種聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料的制備方法，該制備方法簡單易操作，能提供的穩定的晶體結構材料，獲得金屬離子體相摻雜、聚陰離子表面梯度摻雜的改性富錳三元正極材料。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料，其特征在于，所述聚陰離子摻雜的富錳三元材料的化學式為：(LiNi₂Co₂Mn₅)1-bMgbO_2-x(BO₃)x；其中b、x為摩爾分數， 0≤b≤0.01，0.1≤x≤0.2。

本發明提供的聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料分散性好、粒度均勻、電性能穩定、能量密度高、安全性能突出。

優選地，0≤b≤0.005，0.1≤x≤0.2。

一種聚陰離子摻雜的富錳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)：將摩爾比為5:3:2的Mn、Ni、Co的碳酸鹽與等濃度的NaOH 溶液混合，調節pH為10-12后，靜置2-4h，抽濾，得到沉淀后清洗備用；