一种改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用

本发明属于锂离子电池材料，尤其涉及一种改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池被广泛应用于便携电子设备、电动汽车和电网储能领域。由于石墨负极表现出高的容量，因此迫切需要研发高能量密度、低成本的正极材料，以推动电池技术的进一步发展。无钴富锂锰基正极材料得益于其独特的结构，除了阳离子氧化还原，阴离子氧化还原的共同参与使其表现出超高的放电比容量(≥300mah/g)，并且钴元素被替代极大地降低了成本问题，因此富锂锰基正极材料引起了广泛的关注。

2、尽管阴离子氧化还原使得富锂锰基正极材料具有高容量的优势，但它们也面临着一些关键挑战。首先，充电过程中将不可避免的发生氧释放，这会降低首次库伦效率。其次，由表面开始的不稳定问题会导致进一步造成电压的下降和容量的衰退，这对于电池的长期性能和可靠性构成了威胁。因此，为实现富锂锰基正极材料的产业化需要解决这些问题，以确保其在电池应用中表现出卓越的性能和可靠性，我们提出了一种改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料的制备方法，所述无钴富锂锰基正极材料为li1.2ni0.2mn0.6o2，所述制备方法包括以下步骤：

4、步骤s1：将各自装有无钴富锂锰基氧化物正极材料和硫脲的容器分别置于加热反应装置的两端，进行气相改性处理；

5、步骤s2：在惰性气氛条件下对步骤s1进行恒温煅烧，得到改性后的前驱体粉末；

6、步骤s3：将步骤s2得到的改性后的前驱体粉末用去离子水洗除表面的杂质，干燥得到改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料，即表面覆盖镍梯度尖晶石的无钴富锂锰基正极材料。

7、进一步的，所述步骤s1中，无钴富锂锰基氧化物正极材料和硫脲的质量比为1:0.5-1:20。

8、进一步的，所述步骤s2中，加热速率为2-10℃/min。

9、进一步的，所述步骤s2中，恒温煅烧的温度为200-300℃，恒温煅烧的时间为1-10h。

10、进一步的，所述步骤s2中，通入的惰性气体为氮气、氩气和氦气气氛中的一种。

11、一种根据方法制得的表面覆盖镍梯度尖晶石的无钴富锂锰基氧化物正极材料。

12、一种表面覆盖镍梯度尖晶石的无钴富锂锰基氧化物正极材料在制备锂离子电池中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1、本发明在正极颗粒表面原位覆盖三维尖晶石结构层，尖晶石层有利于锂离子的扩散，且稳定了无钴富锂锰基氧化物的结构，减少了首次循环中氧气的释放，有效地提升了首次库伦效率。此外，这种方法避免了引入外来物质的同时有利于样品的回收处理。镍梯度尖晶石的形成增强了表面层的稳定性，表面改性后的无钴富锂锰基氧化物正极材料表现出优异的循环稳定性，在1c下循环200圈后容量保留率仍高于90%，同时表现出了优异的倍率性能。

15、2、本发明使用硫脲为产生气体的原料，硫脲成本低廉并且气相法可控性强，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述无钴富锂锰基正极材料为li1.2ni0.2mn0.6o2，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，无钴富锂锰基氧化物正极材料和硫脲的质量比为1:0.5-1:20。

3.根据权利要求1所述的改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，加热速率为2-10℃/min。

4.根据权利要求1所述的改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，恒温煅烧的温度为200-300℃，恒温煅烧的时间为1-10h。

5.根据权利要求1所述的改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，通入的惰性气体为氮气、氩气和氦气气氛中的一种。

6.一种根据权利要求1-5任一所述的方法制得的表面覆盖镍梯度尖晶石的无钴富锂锰基氧化物正极材料。

7.一种根据权利要求6所述的表面覆盖镍梯度尖晶石的无钴富锂锰基氧化物正极材料在制备锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明适用于锂离子电池材料技术领域，提供了一种改性的无钴富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：将无钴富锂正极与硫脲分别置于加热反应装置的两端，在惰性气氛条件下，以2‑10℃/min的加热速率升温至200‑300℃，恒温煅烧1‑10h，用去离子水洗除得到改性后的前驱体粉末表面的杂质，干燥得到表面覆盖镍梯度尖晶石的无钴富锂锰基正极材料。本发明通过表面覆盖镍梯度尖晶石有效提升了无钴富锂锰基氧化物的界面稳定性。将表面覆盖镍梯度尖晶石的无钴富锂锰基氧化物用作锂离子电池正极材料时，在200mA/g的电流密度下循环200圈后容量保持率不低于90%，同时表现出了优异的倍率性能。

技术研发人员：李莉萍,张欣,李广社
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15