[發(fā)明專利]一種正極材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113036118B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 王鵬飛;喬齊齊;施澤濤;郭豐
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M10/0525;C01G45/12
• 代理公司: 北京遠智匯知識產(chǎn)權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明提供了一種正極材料及其制備方法和應用。所述正極材料的化學式為Li_xMn_yO₂，其中，0.9≤x/y≤1.6，x＞0，y＞0。所述制備方法包括以下步驟：(1)將熔鹽、錳鹽和第一鋰鹽混合，進行一次燒結，得到基體材料；(2)將步驟(1)所述基體材料與第二鋰鹽混合，進行二次燒結，得到所述正極材料；其中，步驟(2)中，所有的鋰元素與所有的錳元素的摩爾比為0.9～1.6。本發(fā)明所提供的正極材料，無鈷無鎳，極大地降低了成本，且仍然可以保持較高的容量，同時采用熔鹽加熱的方法，在進一步降低成本的基礎上還加快了生產(chǎn)效率。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池的技術領域，涉及一種正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著新能源市場的發(fā)展，三元正極材料由于其高能量密度、高循環(huán)高安全性等優(yōu)點引起了人們的研發(fā)熱潮。在當前動力市場上，大規(guī)模商業(yè)化的如NCM523、NCM622等三元材料，一定程度上滿足動力汽車的同時，其續(xù)航里程、安全性能等還有待提高且NCM中鈷鎳元素價格的持續(xù)走高制約了電池的成本控制，且鈷金屬價格昂貴，易對環(huán)境造成污染。

CN107215900A公開了一種在富鋰錳基正極材料表層構造尖晶石結構的方法，通過將富鋰錳基正極材料加入到弱酸水溶液中，進行Li⁺與H⁺離子交換，再將離子交換后的正極材料進行熱處理使表層欠鋰結構轉變成尖晶石結構，得到表層具有尖晶石結構的富鋰錳基正極材料，該方法簡便、成本較低，但難以控制每批次的離子交換數(shù)量，重復性較差。

CN108615875A公開了一種富鋰錳基正極材料及其制備方法，首先制備含有磷酸鹽的溶液，加入到富鋰錳基正極材料的懸濁液中，反應干燥后得到中間產(chǎn)物，管式爐中高溫煅燒得到表面包覆磷酸鹽和表面具有尖晶石結構的富鋰錳基正極材料，由該文獻中的方法制備的富鋰錳基正極材料，提高了首次庫倫效率、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性和高溫性能，但該方法需要首先制備兩種不同的溶液并烘干和高溫燒結，能耗較大，量產(chǎn)困難。

CN109585833A公開了富鋰錳基改性材料及其制備方法與正極材料，通過在富鋰錳基材料表面制備凝膠，經(jīng)干燥和煅燒后得到具有尖晶石型結構包覆層的富鋰錳基改性材料，提高了鋰離子電池的倍率性能和降低了電壓降，但凝膠方法對原材料要求高，能耗較高，工業(yè)很少使用。

因此如何得到一種成本低，無鈷無鎳，且容量較高的正極材料，是目前亟待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種正極材料及其制備方法和應用。本發(fā)明所提供的正極材料，無鈷無鎳，極大地降低了成本，且仍然可以保持較高的容量，同時采用熔鹽加熱的方法，在進一步降低成本的基礎上還加快了生產(chǎn)效率。

為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種正極材料，所述正極材料的化學式為Li_xMn_yO₂，其中，0.9≤x/y≤1.6，x＞0，y＞0，例如，所述x/y可以為0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5或1.6等，所述x可以為0.5、0.9、1、1.5或2等，所述y可以為0.1、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1或1.3等。

本發(fā)明中，通過提供一種無鈷無鎳的正極材料，形貌均勻，在提高電池的容量的同時還極大地降低了成本，且鋰和錳元素的摩爾占比在上述范圍內(nèi)，電池的容量可以提升更多，當x/y過小時，會導致尖晶石相LiMn₂O₄和LiMnO₂增加，材料的容量偏低，首效也降低，當x/y過大時，會導致過量Li₂MnO₃的生成，導致材料首效變差。