镍锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及镍锰酸锂正极材料及其制备方法，本发明专利技术的镍锰酸锂正极材料包括类十四面体结构。与现有技术相比，本发明专利技术提供的类十四面体形貌的镍锰酸锂可以减少应力集中效应，提高材料机械强度，减少电池制备过程中镍锰酸锂不必要的物理破坏，因此具有倍率性能好、机械强度高和循环性能好的特点。的特点。的特点。

【技术实现步骤摘要】
镍锰酸锂正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，更具体地说，涉及镍锰酸锂正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]储能技术在缓解能源危机和环境污染方面发挥着重要作用。而锂离子电池作为一种高寿命、低自放电和少记忆效应的储能装置受到了广泛关注。锂离子电池已经应用到电动汽车、电动自行车、3C消费电子设备等。作为锂离子电池重要组成部分的正极材料，直接影响着电池的性能，因此开发高能量密度、高寿命的正极材料至关重要。
[0003]相较于橄榄石结构的LiFePO4(495Wh/kg)、层状LiCoO4(518Wh/kg)和尖晶石锰酸锂(400Wh/kg)，尖晶石镍锰酸锂具有更高的能量密度(600Wh/kg)。此外，后者具有其他优点，如具备4.7V(vs.Li
+
/Li的高工作电压，高倍率性能，无姜泰勒效应，高电子和离子电导率，以上优点使其具有实际应用价值。
[0004]虽然尖晶石镍锰酸锂具备三维锂离子扩散通道，但是不同晶面方向锂离子扩散速率有所差别。正八面体形貌晶石镍锰酸锂为(111)面主导的，其锂离子扩散速率不如(100)面。此外，正八面体形貌的镍锰酸锂受到外部机械应力时应力会集中于棱角处，极片过压会导致镍锰酸锂破碎，破碎处界面二价锰溶出高，副反应严重，从而加速电性能恶化。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供镍锰酸锂正极材料及其制备方法，本专利技术提供的类十四面体形貌的镍锰酸锂具有单晶分散性良好的截角形貌以及倍率性能好、机械强度高和循环性能好的特点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]镍锰酸锂正极材料，其包括类十四面体结构；I
(111)+(222)/
I
(400)
为2.3～2.7。
[0008]本专利技术的镍锰酸锂材料化学式可表述为：Li
α
Ni
β
Mn2‑
β
‑
γ
‑
η
Sr
γ
A
η
(其中，A选自Ta、W的一种或多种，1.0≤α≤1.04，0.4≤β≤0.6，0≤γ≤0.098，0.004≤η≤0.04)。
[0009]在本专利技术中，镍锰酸锂正极材料的I
(111)+(222)/
I
(400)
优选为2.36～2.65。镍锰酸锂(100)面反映的是形貌截角成分；(111)和二级衍射晶面反映的是正八面体成分；而镍锰酸锂所暴露的(400)面是(100)面的四级衍射晶面,而X射线衍射分析不易检出(100)晶面。
[0010]在本专利技术中，类十四面体结构的四边形棱长为0.1～7μm，优选为1.6～7μm；类十四面体结构的六边形棱长为0.1～11μm，优选为1.8～8μm；类十四面体形貌的(100)晶面生成表面能高于(111)晶面生成表面能，导致暴露出来的四边形面积较小，因此单个颗粒的四边形最大棱长小于等于六边形最大棱长。较长棱长的镍锰酸锂与电解液接触较少，循环性能好，而较短棱长的镍锰酸锂与电解液接触多，锂离子脱嵌动力学方面更优，本专利技术提供的上述范围棱长的镍锰酸锂正极材料在组装成电池后，既能保证了电池的比容量，又在一定程度上保证了电池的循环性能。
[0011]在本专利技术中，镍锰酸锂正极材料的D
50
范围粒径为6～9μm。
[0012]在本专利技术中，镍锰酸锂正极材料的比表面积为0.2～0.8g/cm2，优选为0.4～0.6g/cm2。
[0013]在面压强度为150MPa下，所述镍锰酸锂正极材料颗粒耐压指数为0.85
‑
1.00；普通正八面体形貌的正极材料
[0014]颗粒耐压指数为颗粒密度仪施加的面压强度下的粒度体积分布和0MPa下的粒度体积分布的比值。
[0015]采用颗粒密度分析仪结合激光粒度仪进行耐压指数测试，当超过一定压强后，材料由于超过其所承受的应力值，使正极材料产生碎裂，从而使得粒度体积分布(SPAN＝(D
90
‑
D
10
)/D
50
)有所变化(如D
50
是指累计体积分布百分数达到50％时所对应的粒径值)。
[0016]定义(0和x表示颗粒密度分析仪所施加的面压强度，单位MPa)。
[0017]本专利技术还提供了一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括：将镍锰氢氧化物、锂盐、锶盐和助熔剂混合，烧结，得到镍锰酸锂正极材料；
[0018]所述锂盐中的锂、镍锰氢氧化物、锶盐和助熔剂的摩尔比为(0.5
‑
0.52):1:(0.01
‑
0.049)：(0.002
‑
0.02)。
[0019]助熔剂的添加能够加速物料的熔融并促进离子和空位的扩散，从而加速晶粒的生长，因此本专利技术在助熔剂的辅助下，促进晶体成核生长，从而得到具有类十四面体形貌的单晶镍锰酸锂正极材料。
[0020]在本专利技术中，所述烧结的温度为800～950℃，时间为6～20h；
[0021]所述助熔剂为
Ⅴ
B族金属氧化物和/或
Ⅵ
B族金属氧化物；
Ⅴ
B族金属氧化物优选为氧化钽，
Ⅵ
B族金属氧化物优选为氧化钨；
[0022]所述锂盐为一锂盐和/或二锂盐；所述一锂盐为一水合氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂中的一种或多种；所述二锂盐为碳酸锂和/或草酸锂；
[0023]所述一锂盐：镍锰氢氧化物：锶盐：助熔剂的摩尔比为(0.5
‑
0.52):1:(0.01
‑
0.049)：(0.002
‑
0.02)；二锂盐：镍锰氢氧化物：锶盐：助熔剂的摩尔比为(0.25
‑
0.26):1:(0.01
‑
0.049)：(0.002
‑
0.02)；
[0024]所述锶盐为氧化锶、硝酸锶、醋酸锶、草酸锶、碳酸锶、氯化锶的一种或多种；锶盐可以降低镍锰酸锂(100)面生成的表面能；
[0025]所述镍锰氢氧化物的制备方法包括以下步骤：
[0026]将镍盐和锰盐在碱性条件下混合，得到镍锰氢氧化物；所述混合优选在溶液中进行；所述镍盐优选为NiSO4，所述锰盐优选为MnSO4；所述碱性条件优选由氢氧化钠、氢氧化钾或氨水提供；所述碱性条件的pH为9.0～10.0；
[0027]镍锰氢氧化物可以购买获得，也可以采用本领域技术人员常用的方法制得；所述镍锰氢氧化物与其他反应原料混合前，优选洗涤0
‑
2次；
[0028]所述镍锰氢氧化物的制备方法优选包括：
[0029]将NiSO4溶液、MnSO4溶液和氨水溶液混合，调节混合后的溶液的pH为9.0～10.0，得到沉淀物，将沉淀物洗涤两次烘干获得Ni
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.镍锰酸锂正极材料，其特征在于，其包括类十四面体结构，I
(111)+(222)/
I
(400)
为2.3～2.7。2.根据权利要求1所述的镍锰酸锂正极材料，其特征在于，类十四面体结构的四边形棱长为0.1～7μm；类十四面体结构的六边形棱长为0.1～11μm。3.根据权利要求1或2所述的镍锰酸锂正极材料，其特征在于，在面压强度为150MPa下，所述镍锰酸锂正极材料颗粒耐压指数为0.85
‑
1.00；颗粒耐压指数为颗粒密度仪施加的面压强度下的粒度体积分布和0MPa下的粒度体积分布的比值。4.根据权利要求1或2所述的镍锰酸锂正极材料，其特征在于，其D
50
范围粒径为6～9μm；其比表面积为0.2～0.8g/cm2。5.一种如权利要求1～4任一项所述的镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将镍锰氢氧化物、锂盐、锶盐和助熔剂混合，烧结，得到镍锰酸锂正极材料；所述锂盐中的锂、镍锰氢氧化物、锶盐和助熔剂的摩尔比为(0.5
‑
0.52):1:(0.01
‑
0.049)：(0.002
‑
0.02)。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：武斌，陈宇，黄涛，张宇，李琮熙，刘瑞，严旭丰，袁徐俊，王尊志，冯道言，李建萍，吴道斌，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：