高循环稳定性富锂锰基正极材料及制备方法和锂电池与流程

本发明涉及于锂离子电池材料，具体而言，涉及高循环稳定性富锂锰基正极材料及制备方法和锂电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于储能领域的快速发展得到广泛关注。其中富锂材料由于氧阴离子参与电荷补偿，能提供比传统钴酸锂、磷酸铁锂、和三元材料更高的克容量，能进一步提高锂离子电池单体电芯能量密度。

2、富锂锰基正极材料虽然具有高克容量，但传统富锂锰基多晶材料由于一次颗粒粒径小，颗粒间存在较大空隙，使得其堆积形成的二次颗粒体积能量密度较低。类单晶的大颗粒形貌不仅含有的空隙远远小于多晶材料；单晶往往还有相对更分散、均匀的粒径分布，分散均匀的粒径也使得其理论上颗粒与颗粒间的空隙减少，也有利于提升体积能量密度。此外单晶形貌所具有的较大的一次颗粒对高强度辊压是耐受的，而多晶二次颗粒则会出现颗粒破碎的情况，所以单晶材料也通常会有更高的压实密度。另一方面，传统富锂材料是由小颗粒团聚而成二次微球颗粒，其较大的比表面积提高了副反应生成的速率，在电池充放电循环过程中导致材料粉化失效。单晶较低比表面积特征则可以建成高效的三维电子传导网络、抑制副反应、限制气体生成、均质内应力，使得材料的循环稳定性得到一定提升。因此，单晶形貌是提升正极体积能量密度与结构稳定性的关键。

3、目前业界制备单晶正极材料的方法通常通过提高烧结温度和延长烧结时间来达到的，这是因为高温能促进离子迁移，增加晶粒生长速度。但煅烧温度升高意味着生产的能耗增加，且高温条件同时必须增加过量锂含量，以抵消锂挥发，这也会使得生产效率降低，这是单晶材料实现产业化的一大障碍。

4、鉴于上述问题的存在，有必要提供一种高循环稳定性富锂锰基正极材料及制备方法和锂电池。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高循环稳定性富锂锰基正极材料及制备方法和锂电池。

2、本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

3、本发明提供一种高循环稳定性富锂锰基正极材料，以类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2为基体，在其表面层掺杂al3+，且al3+的掺杂量为类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2中过渡金属元素总量的1%-2%。

4、本发明还提供一种上述的高循环稳定性富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

5、将前驱体mn0.75ni0.25(oh)2与锂盐混合物lioh·h2o和lino3混合均匀后进行预烧，然后将预烧得到的产物研磨后再进行煅烧，得到类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2；

6、再将所得类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2与锂盐混合物lioh·h2o和lino3、铝盐混合均匀后进行预烧，然后将预烧得到的产物研磨后再进行煅烧，得到表面掺al的类单晶层状富锂锰基正极材料li1.2mn0.6ni0.2o2。

7、本发明还提供一种锂电池，其正极包括上述的lini1-xmxo2的高循环稳定性富锂锰基正极材料。

8、本发明具有以下有益效果：

9、本发明提供的一种高循环稳定性富锂锰基正极材料及制备方法和锂电池，所提供的高循环稳定性富锂锰基正极材料，以类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2为基体，在其表面层掺杂al3+，且al3+的掺杂量为类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2中过渡金属元素总量的1%-2%，可见本发明实施例提供的改性富锂锰基正极材料同时具有类单晶形貌特征和表面层掺杂al3+特征，二者结合在一起达成了协同效应，可以有效提高富锂锰基材料的循环稳定性，其对于提升材料体积能量密度、循环容量保持率和放电能量效率具有重要意义。

技术特征：

1.一种高循环稳定性富锂锰基正极材料，其特征在于，所述高循环稳定性富锂锰基正极材料，以类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2为基体，在其表面层掺杂al3+，且al3+的掺杂量为类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2中过渡金属元素总量的1%-2%。

2.根据权利要求1所述的高循环稳定性富锂锰基正极材料，其特征在于，所述高循环稳定性富锂锰基正极材料中的一次颗粒粒径为500nm-1000nm，所述高循环稳定性富锂锰基正极材料的平均粒径为4μm-6μm。

3. 根据权利要求1所述的高循环稳定性富锂锰基正极材料，其特征在于，所述高循环稳定性富锂锰基正极材料的压实密度为2.8g/cm3-4 g/cm3。

4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的高循环稳定性富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2通过以下步骤制备得到：将前驱体mn0.75ni0.25(oh)2与锂盐混合物lioh·h2o和lino3混合均匀后，置于马弗炉中，以5℃/min-10℃/min的升温速率从室温升至450℃-500℃，并保温5h-5.5h后随炉降温；将预烧所得产物研细，随后以5℃/min-10℃/min的升温速率从室温升至840℃-860℃，保温12h-12.5h后随炉降温。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐混合物的用量为根据所述类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2组成确定的化学计算量的1.09-1.11倍，并且所述锂盐混合物中lioh·h2o和lino3的摩尔比为1: 1。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括：采用共沉淀法制备得到所述前驱体mn0.75ni0.25(oh)2，在80℃-90℃下真空干燥10h-12h后，与所述锂盐混合物混合均匀后进行预烧。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述表面掺al的类单晶层状富锂锰基正极材料li1.2mn0.6ni0.2o2通过以下步骤制备得到：将类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2与锂盐混合物lioh·h2o和lino3、铝盐混合均匀后，置于马弗炉中，以5℃/min-10℃/min的升温速率从室温升至450℃-500℃，并保温5h-5.5h后随炉降温；将预烧所得产物研细，随后以5℃/min-10℃/min的升温速率从室温升至840℃-860℃，保温12h-12.5h后随炉降温。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述类单晶层状富锂锰基材料，其al3+的掺杂量为类单晶层状富锂锰基材料li1.2mn0.6ni0.2o2中过渡金属元素总量的1%-2%，所述铝盐为al(no3)3·9h2o。

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池正极包括权利要求1-3中任一项所述的高循环稳定性富锂锰基正极材料或权利要求4-9中任一项所述制备方法制备的高循环稳定性富锂锰基正极材料。

技术总结
本发明公开了一种高循环稳定性富锂锰基正极材料及制备方法和锂电池，属于锂离子电池材料技术领域。高循环稳定性富锂锰基正极材料，以类单晶层状富锂锰基材料Li<subgt;1.2</subgt;Mn<subgt;0.6</subgt;Ni<subgt;0.2</subgt;O<subgt;2</subgt;为基体，在其表面层掺杂Al<supgt;3+</supgt;，且Al<supgt;3+</supgt;的掺杂量为类单晶层状富锂锰基材料Li<subgt;1.2</subgt;Mn<subgt;0.6</subgt;Ni<subgt;0.2</subgt;O<subgt;2</subgt;中过渡金属元素总量的1%‑2%。类单晶形貌的富锂锰基材料与表面Al掺杂，二者结合在一起达成了协同效应，有效提升了富锂锰基材料的循环稳定性，降低电压衰减，提高体积能量密度。

技术研发人员：苏岳锋,吴锋,王政强,李宁,王新宇,张彬,范未峰,程正,张萍
受保护的技术使用者：宜宾锂宝新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12