[發明專利]一種改性錳酸鋰及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202211188376.0
• 申請日: 2022-09-27
• 公開（公告）號: CN115528239B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 賀兆書;馬巖華;蔡碧博
• 申請（專利權）人: 安徽博石高科新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M10/0525;C01G45/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 黃明光

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種改性錳酸鋰及其制備方法和應用。發明提供了的改性錳酸鋰，具有如式Ⅰ所示分子式：Li_aMn_2?bAl_bF_cO_4?c式Ⅰ；其中1.05≤a≤1.12，0.04≤b≤0.1，0.01≤c≤0.04。向錳酸鋰中摻雜鋁和氟，改性錳酸鋰中的氟部分替代氧提高了化學鍵的強度，提高了改性錳酸鋰的高溫性能。改性錳酸鋰中的Al³⁺和F^?二元離子使錳酸鋰的主體結構保持穩定，Al³⁺進入改性錳酸鋰晶格部分取代Mn³⁺位置，減小錳酸鋰尖晶石晶格參數，同時增加了錳酸鋰晶體中Mn⁴⁺的相對含量，減少了Jahn?Teller效應的發生，有效地穩定錳酸鋰尖晶石結構，顯著提高改性錳酸鋰的高溫循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種改性錳酸鋰及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色環保、可再生的化學能源，目前正以其它電池所不可比擬的優勢迅速占領了移動電話、筆記本電腦、小型攝像機、數碼照相機、電動工具、電動汽車等應用領域，并有可能取代鎘鎳和氫鎳電池用于航天領域。鋰電池的市場將會爆發性增長已經無需置疑，電動汽車產量的快速擴張必將帶動對鋰電池材料的需求。正極材料是制造鋰離子電池的關鍵材料之一。目前，商業化鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰、鎳鈷錳三元復合材料和磷酸鐵鋰。其中鈷酸鋰價格昂貴、安全性能差，且對環境污染大，無法在動力電池中應用；鎳鈷錳三元復合材料循環穩定性差，安全性能不理想；磷酸鐵鋰合成的一致性差，體積比容量低，導電率差；而尖晶石型錳酸鋰具有資源豐富、價格低廉、能量密度高、無污染、易回收、安全性好等優點，被認為是最具有發展前景的鋰離子電池正極材料，尤其在動力電源方面的應用更具有較強的優勢。

然而，以尖晶石錳酸鋰為正極材料的鋰離子電池在循環時，尤其是在高溫(55℃以上)條件下進行電化學循環時會發生Jahn-Teller效應，使晶體結構發生畸變，使錳酸鋰高溫容量快速衰減從而降低鋰電池的循環性能。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種改性錳酸鋰及其制備方法和應用，利用本發明提供的改性錳酸鋰制備正極材料，利用正極材料制備得到的鋰電池具有良好的高溫循環性能。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種改性錳酸鋰，具有如式Ⅰ所示分子式：

Li_aMn_2-bAl_bF_cO_4-c 式Ⅰ；

其中，1.05≤a≤1.12，0.04≤b≤0.1，0.01≤c≤0.04。

優選的，所述改性錳酸鋰具有式1～3任一項所示分子式：

Li_1.11Mn_1.947Al_0.053F_0.018O_3.982式1，Li_1.1Mn_1.946Al_0.054F_0.024O_3.976式2，Li_1.08Mn_1.945Al_0.055F_0.03O_3.97式3。

本發明還提供了上述技術方案所述改性錳酸鋰的制備方法，包括以下步驟：

將電解二氧化錳、碳酸鋰、錐冰晶石和鋁源混合，得到混合物料；

將所述混合物料進行燒結，得到所述改性錳酸鋰。