改性尖晶石型正极材料及其制备方法与锂离子电池正极片技术

本发明专利技术提供了一种改性尖晶石型正极材料，所述改性尖晶石型正极材料包括镍锰酸锂和掺杂的金属氧化物MO

【技术实现步骤摘要】
改性尖晶石型正极材料及其制备方法与锂离子电池正极片


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种改性尖晶石型正极材料，尤其涉及改性尖晶石型正极材料及其制备方法与锂离子电池正极片。

技术介绍

[0002]尖晶石镍锰酸锂具有较高的反应电位(＞4.6V)，以及较高的理论比容量(＞140mAh/g)，而被应用于高能量密度的动力电池体系。然而，在充放电过程中，由于三价Mn元素存在Jahn
‑
Teller效应，易发生歧化反应，导致晶体结构剧烈变化，大幅度降低电池的充放电性能。针对该材料的电池体系改善，多集中在电解液的改良，针对材料本身的改良还具有许多空间。
[0003]如何能够在尖晶石镍锰酸锂材料中，解决三价锰在循环过程中产生的姜
‑
泰勒效应，阻止晶体结构发生剧烈变化，从而能够提高电池的充放电性能，是锂离子电池正极材料亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种改性尖晶石型正极材料及其制备方法与锂离子电池正极片，通过掺杂金属M呈二价以下价态的金属氧化物MO
x
在镍锰酸锂中，抑制了正极材料中四价锰转变为三价锰，从而阻止了Jahn
‑
Teller效应的产生，稳定了晶格结构，抑制了锰元素的溶出，提升了电池整体的稳定性。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种改性尖晶石型正极材料，所述改性尖晶石型正极材料包括镍锰酸锂和掺杂的金属氧化物MO
x
，其中
[0007]所述金属氧化物MO
x
与镍锰酸锂的质量比为(0.01至1):(99.99至99)；
[0008]所述金属氧化物MO
x
中的M呈二价以下的价态。
[0009]所述金属氧化物MO
x
与镍锰酸锂的质量比为(0.01至1):(99.99至99)，例如可以是0.01:99.99、0.1:99.9、0.2:99.8、0.5:99.5或1:99，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0010]本专利技术提供的改性尖晶石型正极材料，通过含有呈二价以下价态的低价态金属元素，以氧化物形式掺杂在尖晶石型镍锰酸锂中，能够有效抑制在循环过程中四价锰转变为三价锰，减少因体系中存在三价锰而产生的Jahn
‑
Teller效应，提升了晶体结构的稳定性，从而提高了电池的稳定性和循环性能。
[0011]当掺杂的金属氧化物MO
x
中的M超过二价价态时，无法抑制锰的价态从四价向三价转变，从而影响材料整体的稳定性。
[0012]优选地，所述镍锰酸锂的化学式为LiNi
y
Mn2‑
y
O4，其中，0.2≤y≤0.8，例如可以是0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7或0.8，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0013]优选地，所述金属氧化物MO
x
包括FeO、NiO、TiO、ZnO、MgO、BaO或SrO中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括FeO或NiO的组合，NiO或TiO的组合，TiO或ZnO的组合，ZnO或MgO的组合，MgO或BaO的组合，BaO和SrO的组合，FeO、NiO和TiO的组合，TiO、ZnO和MgO的组合，或ZnO、MgO、BaO和SrO的组合，优选为ZnO。
[0014]优选地，所述改性尖晶石型正极材料包括二次球形态和/或单晶形态。
[0015]优选地，所述二次球形态的改性尖晶石型正极材料的D
50
粒径为20μm至45μm，例如可以是20μm、25μm、30μm、35μm、40μm或45μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，所述单晶形态的改性尖晶石型正极材料的D
50
粒径为5μm至18μm，例如可以是5μm、8μm、10μm、15μm或18μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述改性尖晶石型正极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0018]混合镍锰酸锂与金属氧化物前驱体，得到掺杂料；以及
[0019]对所得掺杂料进行烧结，得到所述改性尖晶石型正极材料。
[0020]本专利技术通过掺杂金属氧化物前驱体与镍锰酸锂进行烧结，使得在合成正极材料的过程中有效的提升了锰元素的价态，制备得到的改性尖晶石型正极材料中三价锰元素的含量降低，在合成阶段提高了晶体结构的稳定性，有利于提升电池的充放电性能。
[0021]优选地，所述金属氧化物前驱体包括金属氢氧化物、金属氧化物或金属醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括金属氢氧化物与金属氧化物的组合，金属氧化物与金属醋酸盐的组合，金属氢氧化物与金属醋酸盐的组合，或金属氢氧化物、金属氧化物与金属醋酸盐的组合。
[0022]优选地，所述烧结在氮气和/或惰性气体气氛中进行。
[0023]优选地，所述烧结的通气流量为1Nm3/h至5Nm3/h，例如可以是1Nm3/h、2Nm3/h、3Nm3/h、4Nm3/h或5Nm3/h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术提供的制备方法中通过在氮气和/或惰性气体气氛的保护下进行烧结，使得低价态金属氧化物前驱体不会被氧化而进行掺杂。当通气流量大于5Nm3/h，会影响反应温度的恒定，降低合成效率；当通气流量小于1Nm3/h，会影响保护作用，可能会使低价金属原子被氧化。
[0025]优选地，所述烧结的温度为500℃至700℃，例如可以是500℃、550℃、600℃、650℃或700℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，所述烧结的时间为16h至32h，例如可以是16h、20h、25h、30h或32h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0027]作为本专利技术第二方面所述制备方法的优选技术方案，对所得掺杂料进行烧结得到所述改性尖晶石型正极材料包括：混合镍锰酸锂LiNi
0.5
Mn
1.5
O4与金属氧化物前驱体，得到掺杂料；通入流量为1Nm3/h至5Nm3/h的氮气和/或惰性气体，所得掺杂料在温度为500℃至700℃的条件下烧结16h至32h，得到所述改性尖晶石型正极材料；
[0028]所述金属氧化物前驱体包括金属氢氧化物、金属氧化物或金属醋酸盐中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括金属氢氧化物与金属氧化物的组合，金
属氧化物与金属醋酸盐的组合，金属氢氧化物与金属醋酸盐的组合，或金属氢氧化物、金属氧化物与金属醋酸盐的组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性尖晶石型正极材料，其特征在于，所述改性尖晶石型正极材料包括镍锰酸锂和掺杂的金属氧化物MO
x
，其中所述金属氧化物MO
x
与所述镍锰酸锂的质量比为(0.01至1):(99.99至99)；所述金属氧化物MO
x
中的M呈二价以下的价态。2.根据权利要求1所述的改性尖晶石型正极材料，其特征在于，所述镍锰酸锂的化学式为LiNi
y
Mn2‑
y
O4，其中0.2≤y≤0.8。3.根据权利要求1或2所述的改性尖晶石型正极材料，其特征在于，所述金属氧化物MO
x
包括FeO、NiO、TiO、ZnO、MgO、BaO或SrO中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1至3任一项所述的改性尖晶石型正极材料，其特征在于，所述改性尖晶石型正极材料包括二次球形态和/或单晶形态。5.根据权利要求4所述的改性尖晶石型正极材料，其特征在于，所述二次球形态的改性尖晶石型正极材料的D
50
粒径为20μm至45μm；优选地，所述单晶形态的改性尖晶石型正极材料的D
50
粒径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫方杰，孙化雨，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：