[發明專利]一種用于鋰離子電池的正極材料及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請號: 202111138473.4
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113871612A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 喬齊齊;楊紅新;李子郯;王鵬飛;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: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 王浩然

本公開涉及一種用于鋰離子電池的正極材料及其制備方法，所述正極材料的化學式為aLi₂MnO₃·(1?a)Li₄Mn₅O₁₂，其中，0a1。該正極材料具有超高的容量和良好的循環性能、倍率性能，且成本較低。

技術領域

本公開涉及材料領域，具體地，涉及一種用于鋰離子電池的正極材料、制備該正極材料的方法和含有該正極材料的鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池(Lithium-ion batteries,LIBs)作為當今重要的電動汽車和電子器件的組成部件，已經全面地融入人們的日常生活中。其中，層狀LiCoO₂和三元高鎳等正極材料占據當下大量市場份額，但其自身的一些缺陷也一定程度限制了其發展，尤其是鈷和鎳高昂的成本、原材料對環境的污染、對應正極材料的能量密度受限、市場對電池安全性的擔憂等。考慮到經濟性和環境友好性等條件，在正極材料中大量利用錳元素的手段再次受到廣泛關注，同時其具有滿足高能量密度的巨大潛力。產業化角度來看，成本、能量密度、循環性能和安全性等因素對于鋰電至關重要，對于鋰-過渡金屬基層狀氧化物而言，過渡金屬的選擇最常用的有Mn、Ni、Co三種，而Mn具有如下最明顯的優勢：(1)Mn(950ppm)在地殼中的含量是高出其他兩種(Ni：84ppm，Co：25ppm)數十倍，進而導致的原材料價格僅為鎳和鈷兩種原材料的～7％和～1.4％；(2)錳因為其獨特的原子/電子結構，衍生了如Li₂MnO₃等具有氧陰離子參與反應(Oxygen anionic redox,OAR)的高容量、高能量密度的富鋰層狀氧化物材料(Li-rich layered oxides，LLOs)；(3)Mn具有較低的原子質量，因而使LiMnO₂的理論容量高于LiCoO₂和LiNiO₂；(4)Mn相對于Ni和Co的毒性低，具有環境友好的特點。

因此，開發高容量、低成本的錳基正極材料是未來發展的一個重要趨勢。

發明內容

本公開的目的是提供一種用于鋰離子電池的正極材料、一種鋰離子電池的正極材料的制備方法和一種鋰離子電池，解決現有技術中三元正極材料成本高、容量低的問題。

為了實現上述目的，本公開第一方面提供了一種用于鋰離子電池的正極材料，所述正極材料的化學式為aLi₂MnO₃·(1-a)Li₄Mn₅O₁₂，其中，0a1。

根據本公開，其中，所述正極材料為單晶顆粒和/或多晶顆粒，所述單晶顆粒的粒徑為1-5μm，所述多晶顆粒的粒徑為1-20μm。

根據本公開，其中，所述正極材料的比表面積為1.0-10m²/g，密度為3.5-4.0g/cm³。

本公開第二方面提供了第一方面所述正極材料的制備方法，其中，所述方法包括如下步驟：

S1、將第一物料和第二物料均勻混合，燒結形成基體材料；

S2、將所述基體材料進行粉碎和篩分，篩分后得到所述正極材料。

根據本公開，其中，所述第一物料包括LiOH、LiNO₃、LiAC、LiCl和Li₂CO₃中的至少一種；

所述第二物料包括MnCO₃、Mn(OH)₂、MnO、Mn₂O₃、Mn₃O₄、MnO₂、MnAC₂和Mn(NO₃)₂中的至少一種。