[發(fā)明專利]一種富鋰錳基正極材料及其制備方法和鋰離子電池

在審

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• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114497527A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 林子琦;原駿;史鎮(zhèn)洪;張鍵鵬;李邑柯;范江;馬真;李宇東;簡健明;吳建華
• 申請（專利權）人: 江門市科恒實業(yè)股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00;C01G45/12
• 代理公司: 廣州市科豐知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44467
• 代理人: 羅嘯秋

本發(fā)明屬于電池領域，具體涉及一種富鋰錳基正極材料，其特征在于，所述正極材料包括主成分和摻雜成分，其中主成分化學式為Li_1+xNi_aMn_(1?a)O₂；其中0x1；0.3≤a＜0.5；所述摻雜成分為Al和Zr；所述摻雜成分為Al和Zr；Zr元素摻雜量為1000～3000ppm，Al元素摻雜量為100～1000ppm。該材料在3.0?4.3V電壓范圍以1C倍率循環(huán)300圈的后保持率超過100％，有部分材料能夠達到110％。同時，本發(fā)明還提供了該材料的制備方法以及應用該材料的鋰離子電池。

技術領域

本發(fā)明屬于電池領域，具體涉及一種富鋰錳基正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

自從1990年鋰離子電池首次商業(yè)化應用以來，鋰離子電池在不斷發(fā)展過程中取得了顯著的進展，但為了應對工業(yè)和社會未來的挑戰(zhàn)，鋰離子電池的性能需要進一步發(fā)展，例如電池的安全性、電池性能(能量密度、循環(huán)壽命、倍率性能)的改進以及生產(chǎn)成本的降低等。這些性能與鋰離子電池各組成部分的性能直接相關，尤其鋰離子電池正極材料的性能至關重要。

富鋰層狀氧化物的研究最早開始于1991年，經(jīng)過科學界不斷地研究，富鋰錳基正極材料的放電比容量不斷被突破極限，但高容量的同時卻帶來了難以克服的缺點，例如較高的首次不可逆容量損失、循環(huán)容量損失和電壓降，限制了該材料的實際應用。

CN201810368614.3公開了一種富鋰錳基材料前驅(qū)體，所述富鋰錳基材料前驅(qū)體為頁片狀形貌的富鋰錳基材料碳酸鹽前驅(qū)體，粒徑為1～7μm，比表面積為8～50m2/g。其說明書記載：在將所述富鋰錳基材料碳酸鹽前驅(qū)體與所述鋰源混合時，進一步加入添加劑；其中，所述添加劑選自含有Sr、B、Zr、Y、Ti、F、Ca、Mg、Si及Al的化合物中的至少一種?？梢岳斫獾?，頁片狀形貌的富鋰錳基材料碳酸鹽前驅(qū)體是制備富鋰錳基正極的基礎材料且可添加一些金屬元素摻雜。

CN201811604271.2公開了一種富鋰錳基前驅(qū)體、及其制備方法和富鋰錳基正極材料。所述富鋰錳基前驅(qū)體的制備方法，包括如下步驟：(1)將鎳鹽、鈷鹽、錳鹽和摻雜離子鹽溶于水中，得到混合鹽溶液；(2)在所述混合鹽溶液中加入沉淀劑和絡合劑，調(diào)節(jié)pH值，得到反應前驅(qū)體；(3)將所述反應前驅(qū)體進行間斷式超聲震蕩，得到富鋰錳基前驅(qū)體粗品。該前驅(qū)體的分子式為所述富鋰錳基前驅(qū)體的分子式為Ni_xCo_yMnzD_1-x-y-z(OH)₂，所述0≤x＜0.9，0≤y＜0.9，0.1≤z≤1.0，優(yōu)選0.85＜x+y+z≤1.0；所述D包括Al、Ti、Zr、Mg、Zn、Cr和Ce中的任意一種或至少兩種的組合。

CN201910615460.8公開了一種富鋰錳基材料的制備方法和富鋰錳基材料；該富鋰錳基材料的制備方法將Mn²⁺和M²⁺的混合金屬鹽溶液、絡合劑、沉淀劑和還原劑混合，制得富鋰錳前驅(qū)體；將洗滌、干燥后的富鋰錳前驅(qū)體與鋰源混合，并燒結；其中，M²⁺包括Ni²⁺和Co²⁺中的至少一種；還原劑包括水合肼、亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽中的至少一種；絡合劑為酸溶液、鹽溶液、乙二胺和2-甲基-8羥基喹啉中的至少一種。其說明書記載：富鋰錳基的化學式為：xLi₂MnO₃·(1～x)LiMO₂，其中，0x1，該化學式中的M為Ni、Co、Mn中的一種或多種。