一种铌基富锰锂正极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种铌基富锂锰正极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着化石燃料资源紧缺和环境问题日益加重，各国政府和新能源制造企业及研 究机构正致力于研发新型高比能、循环寿命好的锂离子电池。相比于传统的层状LiC〇02、 LiNi^Co^Mni/^等正极材料，富锂猛正极材料xLi2Mn03* (l_x)LiM02 (M=Co、Mn、Ni)具有 更高的比能量，受到大量关注。富锂锰正极材料xLi2Mn03* (l-x)LiM02具有特殊的结构和 充放电机理，使其在充放电过程中表现出了超高的比容量(实际放电比容量可达280mAhg4 以上)。该材料可认为是由Li2Mn0jPLiM02 (M=Co、Mn、Ni)组成的固溶体。然而，该材料在 首次充放电过程中，会发生Li2Mn03*锂的不可逆脱出和氧的缺失，形成Li20,导致首次不 可逆容量较大。因此，富锂锰正极材料xLi2Mn03* (l-x)LiM02商业化受到限制。
[0003] 与Li2Mn03类似，Li3Nb04具有高度离子有序的结构，氧原子排布呈立方紧密堆 积。Li3Nb04晶体结构由Nb6014形成体心晶体结构组成，锂离子位于剩余的八面体空位中。 1^ 3他04具有更高的结构稳定性，因此被认为一种有前景的正极材料。Li3他04和LiMnO2组 成的新型富锂锰基固溶体正极材料xLi3Nb04* (l-x)LiMn02(0〈x〈0.8)表现出较大的应用 前景。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的提供一种铌基富锂锰正极材料及其制备方法， 本发明的目的之二在于提供所述铌基富锂锰材料制得的正极； 本发明的目的之三在于提供包括所述铌基富锂锰正极材料制得的锂离子电池。
[0005] 为实现本发明的以上目的，本发明提供了以下技术方案： 该铌基富锂锰正极材料为xLi3Nb04* (l-x)LiMn02,其中0〈x〈0. 8,优选范围为0. 1〈x<0. 8〇
[0006] 一种铌基富锰锂正极材料的制备方法，包括：a、将锰源、锂源、铌源按照锰、锂、铌 的物质的量比装入球磨罐，以200?400转/分钟球磨1?8小时，即得混合前驱体；b、将 前驱体置于加热炉中，以2?5°C/分钟升温速率升温至450?700°C，保温1?10h，得到 预烧的前驱体；c、将预烧前驱体研磨后压片，再次置于加热炉中，以2?5°C/分钟升温速 率升温至800?1KKTC，保温1?24小时后，随炉冷却至室温，即得所述铌基富锂锰材料。
[0007] 锰、锂、铌物质的量比为：锂：(锰+铌）为4:1 ;铌：锰为x:(l-x)，0〈x〈0. 8。
[0008] 所述锰源为乙酸锰、硝酸锰、碳酸锰、二氧化锰中的一种或以上。
[0009] 所述锂源为乙酸锂、硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或以上。
[0010] 所述的铌源为五氧化二妮、氢氧化铌、草酸铌中的一种或以上。
[0011] 一种锂离子电池，包括本发明所制备的铌基富锂锰正极材料。
[0012] 本发明的优点在于： 1、本发明得到的铌基富锂锰材料不仅具有高容量和倍率性能及较好的循环性能，而且 成本低廉，生产工艺简单易操作。
[0013] 2、现有材料可认为是由Li2MnO#PLiM02 (M=Co、Mn、Ni)组成的固溶体。但该材料 在首次充放电过程中，会发生Li2Mn03*锂的不可逆脱出和氧的缺失，形成Li20,导致首次 不可逆容量较大，我司研发人员发现与Li2Mn03类似，Li3Nb04具有高度离子有序的结构，氧 原子排布呈立方紧密堆积，Li3Nb04晶体结构由Nb6014形成体心晶体结构组成，锂离子位于 剩余的八面体空位中。1^ 3他04具有更高的结构稳定性，和LiMn02结合制得的正极材料可逆 容量大大增加。
[0014] 3、本发明采用球磨，预烧后研磨压片，压片后再次加热，提高了正极材料的粉碎程 度，采用此正极材料制备的锂离子电池充放电容量更高。
【附图说明】
[0015] 图1 0? 5Li3Nb04 ? 0? 5LiMn02正极材料在18mA/g电流密度下的首次充放电曲线 图； 图2 0. 5Li3Nb04 ? 0. 5LiMn02正极材料在18mA/g电流密度下循环性能曲线。
【具体实施方式】
[0016] 为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。
[0017] 实施例1 铌基富锂锰正极材料的制备方法，包含如下制备步骤： A. 将乙酸锰、乙酸锂、草酸铌按照锰、锂、铌的物质的量比0. 5:2:0. 5装入球磨罐，以 300转/分钟球磨4小时，即得混合前驱体； B. 将前驱体置于加热炉中，以:TC/分钟升温速率升温至500°C，保温6h，得到预烧的 前驱体； C. 将预烧前驱体研磨后压片，再次置于加热炉中，以:3°C/分钟升温速率升温至900°C， 保温16小时后，随炉冷却至室温，即得所述铌基富锂锰材料（0. 5Li3Nb04 ? 0. 5LiMn02)。
[0018] 实施例2 铌基富锂锰正极材料的制备方法，包含如下制备步骤： A. 将碳酸锰、碳酸锂、氢氧化铌按照锰、锂、铌的物质的量比0. 7:2:0. 3装入球磨罐，以 400转/分钟球磨8小时，即得混合前驱体； B. 将前驱体置于加热炉中，以2°C/分钟升温速率升温至600°C，保温6h，得到预烧的 前驱体； C. 将预烧前驱体研磨后压片，再次置于加热炉中，以2°C/分钟升温速率 升温至KKKTC，保温20小时后，随炉冷却至室温，即得所述铌基富锂锰材料 (0? 3Li3Nb04 ? 0? 7LiMn02)。
[0019] 将实施例1、2制得的正极材料制备锂离子电池1、2,和普通锂电池以及富锂锰正 极材料的电池性能进行测试，结果如下： 表格一：电池性能测试结果
【主权项】
1. 一种魄基富裡猛正极材料，其特征在于：该魄基富裡猛正极材料为xLi 3佩〇4 ? (1-x) LiMn〇2,其中 0< x<0. 8。
2. 根据权利要求1所述的魄基富裡猛正极材料，其特征在于：0.1< X <0.8。
3. -种魄基富猛裡正极材料的制备方法，其特征在于；包括；a、将猛源、裡源、魄源按 照猛、裡、魄的物质的量比装入球磨罐，W 200?400转/分钟球磨1?8小时，即得混合前 驱体；b、将前驱体置于加热炉中，W 2?5C /分钟升温速率升温至450?70(TC，保温1? lOh，得到预烧的前驱体；C、将预烧前驱体研磨后压片，再次置于加热炉中，W 2?5C /分 钟升温速率升温至800?1 lOCrC，保温1?24小时后，随炉冷却至室温，即得权利要求1所 述的魄基富裡猛材料。
4. 根据权利要求1所述的魄基富裡猛正极材料的制备方法，其特征在于：猛、裡、魄物 质的量比为；裡；(猛+魄）为4:1 ;魄；猛为x;(l-x)，0<x<0. 8。
5. 根据权利要求1所述的魄基富裡猛正极材料的制备方法，其特征在于：所述猛源为 己酸猛、硝酸猛、碳酸猛、二氧化猛中的一种或W上。
6. 根据权利要求1所述的魄基富裡猛正极材料的制备方法，其特征在于：所述裡源为 己酸裡、硝酸裡、碳酸裡、氨氧化裡中的一种或W上。
7. 根据权利要求1所述的魄基富裡猛正极材料的制备方法，其特征在于：所述的魄源 为五氧化二妮、氨氧化魄、草酸魄中的一种或W上。
8. -种裡离子电池，其特征在于；包括权利要求1-5任一项所制备的魄基富裡猛正极 材料。
【专利摘要】本发明提供了一种铌基富锰锂正极材料及其制备方法，铌基富锂锰正极材料为xLi3NbO4·(1-x)LiMnO2,其中0<x<0.8，制备方法包括：a、将锰源、锂源、铌源按照锰、锂、铌的物质的量比装入球磨罐，以200～400转/分钟球磨1～8小时，即得混合前驱体；b、将前驱体置于加热炉中，以2～5℃/分钟升温速率升温至450～700℃，保温1～10h，得到预烧前驱体；c、将预烧前驱体研磨后压片，再次置于加热炉中，以2～5℃/分钟升温速率升温至800～1100℃，保温后，冷却至室温即得所述铌基富锂锰材料。发明制备的铌基富锂锰材料不仅具有高容量和倍率性能及较好的循环性能，而且成低廉。
【IPC分类】H01M4-505, H01M4-36, H01M10-0525, H01M4-485
【公开号】CN104577073
【申请号】CN201510054607
【发明人】杜陈强, 宋晓娜, 屈德扬, 张新河, 郑新宇, 李中延, 唐致远
【申请人】东莞市迈科科技有限公司, 东莞市迈科新能源有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月3日