锰酸锂材料及其制备方法、二次电池及用电装置与流程

本发明涉及电池，特别涉及一种锰酸锂材料及其制备方法、二次电池及用电装置。

背景技术：

1、二次电池因其清洁和可再生的特点得到日益广泛的应用，主要依靠锂离子等活性离子在正极和负极之间移动来产生电能。

2、锰酸锂正极材料因资源丰富、价格低廉、环境友好和安全性高等特点被认为是用于制备动力电池的理想材料之一。但是，传统的锰酸锂正极材料的结构稳定性较低，导致在反复充放电时电池的容量衰减加速，降低了二次电池的循环寿命。

3、随着人们对二次电池需求的提升，传统的锰酸锂正极材料越来越难以满足人们的需求，有待进一步改进。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种锰酸锂材料及其制备方法、二次电池及用电装置，旨在提高二次电池的循环性能。

2、本申请的第一方面，提供一种锰酸锂材料，所述锰酸锂材料的差示扫描量热谱图中，吸热峰的积分面积t满足：0＜t≤50j/g；

3、所述差示扫描量热谱图的测试过程如下：

4、在保护气体氛围下，在-20℃以5℃/min的速率升温至20℃。

5、在大量的研发及实际生产中发现：即使锰酸锂材料的宏观组成相同时，锰酸锂材料结构的稳定性也不尽相同，尤其应用于制备二次电池时，二次电池的循环性能有明显的差异，在对锰酸锂材料的组成、晶相及微观结构进行大量实验探究后发现：当锰酸锂材料的宏观组成的相同时，锰酸锂材料中的氧空位缺陷(简称ovs)含量越低时，其差示扫描量热谱图中的吸热峰面积也呈现越小的趋势，二次电池的循环性能越高。

6、由此，控制锰酸锂材料的差示扫描量热谱图中吸热峰的积分面积t的上限，使得锰酸锂材料中ovs的浓度维持在较低水平，从而提升了锰酸锂材料结构的稳定性，应用于制备二次电池时，能提高二次电池的循环性能。

7、在其中一些实施例中，5j/g≤t≤50j/g。

8、在其中一些实施例中，所述吸热峰的温度区域为：1℃~20℃。

9、上述锰酸锂材料的吸热峰出现的温度区域为：1℃~20℃，对吸热峰进行积分时，积分的温度区域为1℃~20℃。

10、在其中一些实施例中，所述锰酸锂材料的组分满足：li(1+a)mn(2-x)mxo(4-δ)；

11、其中，m包括mg、al、fe、ca、zr、y、nb、mo、cr、w、v、tc、co和ni中的一种或多种，-0.3≤a≤0.2，0≤x≤0.05，0＜δ≤0.005。

12、在其中一些实施例中，所述锰酸锂材料具有尖晶石相。

13、本申请的第二方面，提供一种锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

14、按照锰酸锂材料中相应成分的化学计量比提供制备原料，包括：锂源和其他成分原料；

15、于含氧气氛下，将部分所述锂源和所述其他成分原料进行第一次烧结处理，制得前驱体；

16、于含氧气氛下，将所述前驱体与剩余的所述锂源进行第二次烧结处理，制备所述锰酸锂材料；

17、其中，所述第一次烧结处理的条件包括恒温保温程序，所述第二次烧结处理在变温条件下进行，所述变温条件包括依次连续进行的升温程序和降温程序。

18、上述锰酸锂材料的制备方法中，锂源分两次加入，且控制每次加入锂源后进行烧结时的温度，第一次烧结处理时采用恒温保温程序，使晶胞和晶粒充分生长，制得晶体结构较完整、晶格氧较稳定的前驱体的，然后加入剩余的锂源，进行特定变温条件下第二次烧结处理，在使晶体结构进一步完善的同时，降低晶格氧脱离的几率，各方面协同，使制得的锰酸锂材料中ovs的浓度维持在较低水平，从而提升了锰酸锂材料结构的稳定性，应用于制备二次电池时，能提高二次电池的循环性能。

19、在其中一些实施例中，所述第一次烧结处理满足如下(a)~(b)中的至少一个条件：

20、(a)所述第一次烧结处理中所述恒温保温程序的温度为500℃~850℃

21、(b)所述第一次烧结处理中所述恒温保温程序的时间为5h~20h。

22、调控第一次烧结处理的中恒温保温程序的温度，进一步提高前驱体结构的完整性。

23、在其中一些实施例中，所述升温程序如下：

24、先以第一升温速率从室温升温至300℃~550℃，然后以第二升温速率升温至600℃~850℃；

25、其中，所述第一升温速率大于所述第二升温速率。

26、调控特定的控温程序，进一步降低晶格氧脱离的几率。

27、在其中一些实施例中，所述升温程序满足如下(a)~(b)中的至少一个条件：

28、(a)所述第一升温速率为1℃/min~10℃/min；

29、(b)所述第二升温速率为0.15℃/min ~2.5℃/min。

30、在其中一些实施例中，所述降温程序如下：

31、先以第一降温速率降温至300℃~550℃，然后以第二降温速率降温至室温；

32、其中，所述第一降温速率小于所述第二降温速率。

33、在其中一些实施例中，所述降温程序满足如下(a)~(b)中的至少一个条件：

34、(a)所述第一降温速率为0.15℃/min~2.5℃/min；

35、(b)所述第二降温速率为1℃/min~10℃/min。

36、在其中一些实施例中，部分所述锂源中含有的锂元素与剩余的所述锂源中含有锂元素的摩尔数比为(3~11)：1。

37、在其中一些实施例中，部分所述锂源中含有的锂元素与剩余的所述锂源中含有锂元素的摩尔数比为(3~9)：1。

38、调控两次加入的锂源的摩尔量，使之更好地协同配合特定的烧结控温程序，在使晶体结构进一步完善的同时，进一步降低晶格氧脱离的几率。

39、在其中一些实施例中，所述其他成分原料包括锰源和m源，其中m包括li、mg、al、fe、ca、zr、y、nb、mo、cr、li、w、v、tc、co和ni中的一种或多种。

40、本申请的第三方面，提供一种锰酸锂材料，所述锰酸锂材料采用第二方面的锰酸锂材料的制备方法制得。

41、本申请的第四方面，提供一种正极片，所述正极片包括集流体及设于集流体表面的正极活性层，所述正极活性层的组分包括第一方面的锰酸锂材料或第三方面的锰酸锂材料。

42、本申请的第五方面，提供一种二次电池，所述二次电池包括第一方面的锰酸锂材料或第三方面或第四方面的正极片。

43、本申请的第六方面，提供一种用电装置，所述用电装置包括第五方面的二次电池。

技术特征：

1.一种锰酸锂材料，其特征在于，所述锰酸锂材料的差示扫描量热谱图中，吸热峰的积分面积t满足：0＜t≤50j/g；

2.如权利要求1所述的锰酸锂材料，其特征在于，5j/g≤t≤50j/g。

3.如权利要求1所述的锰酸锂材料，其特征在于，所述吸热峰的温度区域为：1℃~20℃。

4.如权利要求1~3任一项所述的锰酸锂材料，其特征在于，所述锰酸锂材料的组分满足：li(1+a)mn(2-x)mxo(4-δ)；

5.如权利要求1~3任一项所述的锰酸锂材料，其特征在于，所述锰酸锂材料具有尖晶石相。

6.一种锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述第一次烧结处理满足如下(a)~(b)中的至少一个条件：

8.如权利要求6~7任一项所述的锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述升温程序如下：

9.如权利要求8所述的锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述升温程序满足如下(a)~(b)中的至少一个条件：

10.如权利要求8所述的锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述降温程序如下：

11.如权利要求10所述的锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述第二次烧结处理满足如下(a)~(b)中的至少一个条件：

12.如权利要求8所述的锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，部分所述锂源中含有的锂元素与剩余的所述锂源中含有锂元素的摩尔数比为(3~11)：1。

13.如权利要求8所述的锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，部分所述锂源中含有的锂元素与剩余的所述锂源中含有锂元素的摩尔数比为(3~9)：1。

14.如权利要求9所述的锰酸锂材料的制备方法，所述其他成分原料包括锰源和m源，其中m包括li、mg、al、fe、ca、zr、y、nb、mo、cr、li、w、v、tc、co和ni中的一种或多种。

15.一种锰酸锂材料，其特征在于，所述锰酸锂材料采用如权利要求6~14任一项所述的锰酸锂材料的制备方法制得。

16.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括集流体及设于所述集流体表面的正极活性层，所述正极活性层的组分包括如权利要求1~5任一项所述的锰酸锂材料或如权利要求15所述的锰酸锂材料。

17.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括如权利要求1~5任一项所述的锰酸锂材料或如权利要求15所述的锰酸锂材料或如权利要求16所述的正极片。

18.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求17所述的二次电池。

技术总结
本申请涉及一种锰酸锂材料及其制备方法、二次电池及用电装置，该锰酸锂材料，所述锰酸锂材料的差示扫描量热谱图中，吸热峰的积分面积T满足：T≤50J/g；所述差示扫描量热谱图的测试过程如下：在保护气体氛围下，在‑20℃以5℃/min的速率升温至20℃。该锰酸锂材料中Ovs的浓度维持在较低水平，从而提升了锰酸锂材料结构的稳定性，应用于制备二次电池时，能提高二次电池的循环性能。

技术研发人员：陈海涛,尹翔,李双福,倪欢,柳娜
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15