一种复合锰基正极材料及其制备方法与流程

文档序号：26054956发布日期：2021-07-27 15:32阅读：107来源：国知局

本发明属于电池正极材料技术领域，尤其涉及一种复合锰基正极材料及其制备方法。

背景技术：

锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长等优点倍受青睐。随着新一代信息技术、高端装备、新材料、生物、新能源汽车、新能源、节能环保、数字创意等新兴产业的发展，锂离子电池在电动交通工具(电动汽车、电动船舶、低速电动车、电动自行车等)、储能(风能、太阳能、电网调峰调谷、虚拟电厂、5g通信基站等)、通讯(手机、笔记本电脑等)、替代铅酸电池(视听设备、工业仪器、医疗器械、启动电源、电动工具等)等领域得到广泛应用。

正极材料是锂离子电池的核心和关键材料。复合锰基正极材料因其性能远优于单一组元的正极材料而备受关注，但其倍率放电性能、首次充放电效率、常温循环寿命、高温下的贮存和循环性能均需进一步提升。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种复合锰基正极材料及其制备方法，旨在解决背景技术中指出的现有技术存在的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种复合锰基正极材料，所述的复合锰基正极材料的组成通式为：(1-q)li1+xmn2-x-ymyo4·qli1+zmn2-z-a-b-cniacobalco4-d/2fd；

其中：m为掺杂元素，0≤x≤0.1，0.001≤y≤0.1，0≤z≤0.25，0.001≤a≤0.1，0.001≤b≤0.1，0.001≤c≤0.1，0＜d≤0.25，0.001≤q≤0.2。

本发明实施例的另一目的在于提供一种复合锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将锂源的一部分、镍源、钴源、铝源、锰源的一部分、氟源混合后，得到混合物料；

混合物料经过分解、氧化、熔融、结晶合成、降温、破碎过程，得到li1+zmn2-z-a-b-cniacobalco4-d/2fd；

将li1+zmn2-z-a-b-cniacobalco4-d/2fd、分散剂和水，进行混合、破碎；

加入余量的锂源、余量的锰源和m源，进行混合；

所得物经过分解、氧化、熔融、结晶合成、降温、破碎过程，即得复合锰基正极材料。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的混合物料经过分解、氧化、熔融、结晶合成过程，具体为：将混合物料置于富氧气氛条件下，以300～650℃温度分解、氧化、熔融3～6小时；升温至660～850℃，结晶合成3～20小时；

所述的所得物经过分解、氧化、熔融、结晶合成过程，具体为：将所得物置于富氧气氛条件下，以300～650℃温度分解、氧化、熔融3～6小时；升温至660～850℃，结晶合成5～20小时，降温至400～650℃，对晶体修复性焙烧3～8小时。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的锂源为li2co3、lioh、lioh·h2o、li3po4、lif、li3n、硼氢化锂中的至少一种。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的锰源为含mn元素的氢氧化物、氧化物、氮化物、硼化物、碳酸盐、硝酸盐、草酸盐、乙酸盐、氨配位化合物、羰基配位化合物和emd(电解二氧化锰，electrolyticmanganesedioxide)中的至少一种。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的m源为ti、mg、ca、ta、v、sr、cs、in、zn、nb、y、mo、rb、zr、si、cr、b、sb、bi、ga、sn、w、ge、la元素的氢氧化物、氧化物、碳酸盐、磷酸盐、乙酸盐、草酸盐、硝酸盐、氨配位化合物、羰基配位化合物、水合物中的至少一种，或者是含有以上几种元素的复合化合物中的至少一种。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的镍源为含ni元素的氢氧化物、碳酸盐、氧化物、硼化物、氟化物、磷酸盐、乙酸盐、草酸盐、氨配位化合物、羰基配位化合物、水合物中的至少一种；

或所述的镍源是以下物质中的至少一种：linio2；lini1-xcoxo2，0≤x＜1.0；lini1-x-ycoxalyo2，x+y＜1.0；lini1-x-ycoxmnyo2，x+y＜1.0；linixmn2-xo4，0＜x≤1.0。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的钴源为含co元素的氢氧化物、碳酸盐、氧化物、硼化物、氟化物、磷酸盐、乙酸盐、草酸盐、氨配位化合物、羰基配位化合物、水合物中的至少一种；

或所述的钴源是以下物质中的至少一种：licoo2；lini1-xcoxo2，0＜x≤1.0；lico1-x-ynixalyo2，x+y＜1.0；lico1-x-ynixmnyo2，x+y＜1.0。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的铝源为含al元素的氢氧化物、氧化物、硼化物、氟化物、磷酸盐、偏磷酸盐、硝酸盐、乙酸盐、草酸盐、氨配位化合物、羰基配位化合物、水合物中的至少一种；

或所述的铝源是以下物质中的至少一种：lialo2；lico1-x-ynixalyo2，x+y≤1.0；lialf4；al(h2po4)3；li3alf6；alooh·nh2o。

作为本发明实施例的另一种优选方案，所述的氟源为lif、alf3、mnf2、cof2、nif2、lialf4、li3alf6、sif4中的至少一种。

本发明通过掺杂改性和在表面形成混合晶体，改善和稳定了limn2o4结构，提高了复合锰基正极材料的稳定性、安全性、充放电效率、倍率放电性能、常温循环寿命、高温下的贮存和循环性能，使用寿命高；本发明的制备方法简单，易于规模化生产，材料成本低；可广泛应用于数码、电动汽车、电动自行车、高端清洁储能电池等领域。

附图说明

图1为本发明实施例的复合锰基正极材料的颗粒形貌；

图2为本发明实施例的复合锰基正极材料的颗粒度分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例1