一种层状锰基材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池材料，具体涉及一种层状锰基材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池因其优越的能量密度和广泛的适用性，已成为储能和动力电池领域的主要选择。然而，锂离子电池的整体性能和成本在很大程度上受制于正极材料的选择和优化。

2、目前，钴基和镍基锂离子电池正极材料因其良好的电化学性能被广泛应用，但这些材料存在资源有限、成本高以及对环境存在负面影响的问题。相比之下，层状锰基正极材料由于资源丰富、价格低廉、能量密度高等优势，逐渐成为下一代正极材料的重要候选材料。然而，传统的层状锰基正极材料在循环使用中存在氧稳定性差和结构迁移相变的问题，这些问题导致了容量和电压的快速衰减，最终导致层状锰基正极材料循环稳定性差和比容量低，严重限制了其实际应用和商业化前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种层状锰基材料及其制备方法和应用，本发明提供的层状锰基材料具有较高的能量密度(比容量高)和良好的循环稳定性，适用于锂离子电池的商业化应用，有助于推动清洁能源的储能发展。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种层状锰基材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将锰源、钠源和锂源混合，得到混合物料；

5、将所述混合物料进行烧结，得到前驱体材料；所述烧结包括依次进行低温烧结和高温烧结；所述低温烧结的保温温度为400～600℃，所述高温烧结的保温温度为600～900℃；

6、将所述前驱体材料与熔融盐混合进行离子交换处理，得到处理物料；所述熔融盐为熔融锂盐；

7、将所述处理物料进行退火，得到所述层状锰基材料。

8、优选的，所述锰源包括mncl2、mnco3、mnno3和(ch3coo)2mn中的一种或多种；

9、所述钠源包括nacl、na2co3、nano3和ch3coona中的一种或多种；

10、所述锂源包括licl、li2co3、lino3和ch3cooli中的一种或多种；

11、所述锰源和所述钠源的摩尔比为0.5～0.8:0.1～0.3；所述锰源和所述锂源的摩尔比为0.5～0.8:0.1～0.3。

12、优选的，所述低温烧结的保温时间为5～10h；所述高温烧结的保温时间为10～30h；由室温升温至所述低温烧结的保温温度的升温速率和由所述低温烧结的保温温度升温至所述高温烧结的保温温度的升温速率独立地为1～5℃/min。

13、优选的，所述熔融盐为lino3、licl、li2co3和ch3cooli中的一种或多种；

14、所述前驱体材料和所述熔融盐的质量比为1：1～20；

15、所述离子交换处理的时间为5～10h。

16、优选的，所述退火的保温温度为200～400℃，保温时间为5～8h；由室温升温至所述退火的保温温度的升温速率为1～5℃/min。

17、本发明提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的层状锰基材料。

18、本发明提供了上述技术方案所述的层状锰基材料作为正极材料在储能装置或动力电池中的应用。

19、本发明提供了一种正极材料，所述正极材料的活性成分为上述技术方案所述的层状锰基材料。

20、本发明提供了一种电池正极，包括集流体和设置于所述集流体表面的正极材料，所述正极材料为上述技术方案所述的正极材料。

21、本发明提供了一种电池，所述电池的正极为上述技术方案所述的电池正极。

22、本发明提供了一种层状锰基材料的制备方法，包括以下步骤：将锰源、钠源和锂源混合，得到混合物料；将所述混合物料进行烧结，得到前驱体材料；所述烧结包括依次进行低温烧结和高温烧结；所述低温烧结的保温温度为400～600℃，所述高温烧结的保温温度为600～900℃；将所述前驱体材料与熔融盐混合进行离子交换处理，得到处理物料；所述熔融盐为熔融锂盐；将所述处理物料进行退火，得到所述层状全锰基材料。本发明提供的制备方法通过优化层状锰基材料的制备流程，通过依次进行烧结、离子交换处理和退火，同时控制烧结的控温程序：依次进行低温烧结和高温烧结；同时控制低温烧结的保温温度为400～600℃，高温烧结的保温温度为600～900℃；不仅显著提高了层状锰基材料的放电比容量，同时解决了层状锰基材料的稳定性不足问题。由此，本发明制备的层状锰基材料具有较高的能量密度和良好的循环稳定性，适用于锂离子电池的商业化应用，有助于推动清洁能源的储能发展。

23、同时，本发明制备的层状锰基材料未引入其他过渡金属离子，得到的是全锰基正极材料(lmo)，从而在提高层状锰基材料的比容量和循环稳定性的基础上，保持了层状锰基材料的低成本的优点，非常适用于锂离子电池的商业化应用。

技术特征：

1.一种层状锰基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰源包括mncl2、mnco3、mnno3和(ch3coo)2mn中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温烧结的保温时间为5～10h；所述高温烧结的保温时间为10～30h；由室温升温至所述低温烧结的保温温度的升温速率和由所述低温烧结的保温温度升温至所述高温烧结的保温温度的升温速率独立地为1～5℃/min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融盐为lino3、licl、li2co3和ch3cooli中的一种或多种；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火的保温温度为200～400℃，保温时间为5～8h；由室温升温至所述退火的保温温度的升温速率为1～5℃/min。

6.权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的层状锰基材料。

7.权利要求6所述的层状锰基材料作为正极材料在储能装置或动力电池中的应用。

8.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的活性成分为权利要求6所述的层状锰基材料。

9.一种电池正极，其特征在于，包括集流体和设置于所述集流体表面的正极材料，所述正极材料为权利要求8所述的正极材料。

10.一种电池，其特征在于，所述电池的正极为权利要求9所述的电池正极。

技术总结
本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种层状锰基材料及其制备方法和应用。本发明将锰源、钠源和锂源混合，得到混合物料；将所述混合物料依次进行烧结、离子交换处理和退火，得到所述层状全锰基材料；离子交换处理使用的熔融盐为熔融锂盐。本发明提供的制备方法通过优化层状锰基材料的制备流程，不仅显著提高了层状锰基材料的放电比容量，同时解决了层状锰基材料的稳定性不足的问题。由此，本发明制备的层状锰基材料具有较高的能量密度和良好的循环稳定性，适用于锂离子电池的商业化应用，有助于推动清洁能源的储能发展。

技术研发人员：刘剑洪,胡江涛,黄少銮,熊威,张黔玲,黄振城,董津岐,钟卓玲,黎国董
受保护的技术使用者：深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27