[發明專利]一種Na摻雜無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110699514.0
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113540458A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 柳永寧;程亞新;吳楨;陳新星;譚強;陳元振;王浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種Na摻雜無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法，所述制備方法包括以下步驟：按照通式xLi₂MnO₃·(1?x)LiMO₂(M＝Ni,Mn)計量比稱取鋰鹽、鈉鹽、錳鹽、鎳鹽，溶于無水乙醇形成混合鹽溶液；同時將絡合劑溶于等體積無水乙醇中形成絡合溶液；將兩種溶液滴入以無水乙醇為基底的容器中，形成溶膠狀溶液，加熱蒸發溶劑形成凝膠并最終形成前驅體。將前驅體按照一定的燒結曲線進行燒結，形成粉末狀Na摻雜高容量無鈷富鋰錳基正極材料。本發明通過溶膠凝膠法制備的Na摻雜高容量無鈷富鋰錳基正極材料大大降低了成本，方法簡單，并且材料展示出了優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，特別涉及一種Na摻雜無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有電壓平臺高、循環性能好、無記憶效應和比能量高等優勢，是目前應用最廣泛的動力電池。隨著智能電網儲能的發展以及新能源汽車的不斷推廣，鋰離子電池得到了快速發展，同時市場對鋰離子電池的性能要求也越來越高。

鋰離子電池的能量密度主要由電極材料決定，目前商業化的正極材料(例如，LiCoO₂、LiFePO₄和三元材料Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂(NCM-111)等)的實際放電比容量(180mAhg^-1)遠遠低于商業化的負極材料(例如，石墨：320mAh g^-1～360mAh g^-1)，并且元素Co價格昂貴且有害，這成為限制鋰離子電池發展的主要因素。

富鋰錳基正極材料化學式為xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Ni,Co,Mn等)，它具有高于250mAh g^-1的放電比容量，且我國Mn、Ni元素儲量豐富、成本低廉，通過調控富鋰材料中Mn、Ni的比例可以實現完全取代或者部分取代昂貴的Co元素，降低成本，因此它也被認為是近年來最有潛力能成為下一代鋰離子電池正極的材料。基于此，對富鋰錳基正極材料的研究具有深刻經濟和現實意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Na摻雜無鈷富鋰錳基正極材料及其制備方法，以解決上述存在的一個或多個技術問題。本發明通過提高正極材料中錳含量和Na離子摻雜，以取代價格昂貴且有害的鈷，來降低正極材料成本；同時，可提高放電比容量，改善循環穩定性。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種Na摻雜無鈷富鋰錳基正極材料的制備方法，包括以下步驟：

根據化學式xLi₂MnO₃·(1-x)Li_1-yNa_yMO₂的計量比將可溶性鋰鹽、鈉鹽、鎳鹽、錳鹽混合后加入無水乙醇或者去離子水中，攪拌溶解形成混合鹽溶液；其中，M為Mn、Ni元素，0.3≤x≤0.5，0.02≤y≤0.15；

將絡合劑溶于無水乙醇或去離子水中，形成絡合溶液；

將所述混合鹽溶液和絡合溶液加入到無水乙醇或去離子水中，形成溶膠狀混合溶液；

將所述溶膠狀混合溶液升溫到預設溫度蒸發溶劑，溶膠顆粒聚合形成三維網狀結構的凝膠后得到粉末狀前驅體；

將所述粉末狀前驅體進行預燒、煅燒，得到Na摻雜無鈷富鋰錳基正極材料。

本發明的進一步改進在于，所述可溶性鋰鹽、鈉鹽、鎳鹽、錳鹽為乙酸鹽、硫酸鹽和硝酸鹽中的一種或多種。

本發明的進一步改進在于，所述混合鹽溶液中，Na離子的摩爾含量為Li離子摩爾含量的0.84％～8.7％。