一种富锂锰基复合正极材料及其制备方法和二次电池技术

本发明专利技术提供一种富锂锰基复合正极材料及其制备方法和二次电池

【技术实现步骤摘要】
一种富锂锰基复合正极材料及其制备方法和二次电池


[0001]本专利技术属于正极材料
，具体涉及一种富锂锰基复合正极材料及其制备方法和二次电池
。

技术介绍

[0002]随着电动汽车和储能设施等电力设备的快速发展，市场对高能量密度锂离子电池的需求日益增加
。
层状的富锂锰基氧化物
(
简称为
LLOs)
是一种新型的锂电池正极材料，可发生阴
、
阳离子的可逆氧化还原反应，其具有远高于传统的钴酸锂正极材料和高镍三元正极材料的放电比容量，因此在开发高能量密度锂电池方向上具有极高的潜力
。
[0003]然而，一方面，富锂锰基氧化物正极材料在循环过程中过渡金属容易溶出，这极大影响了电池的倍率性能；另一方面，富锂锰基氧化物正极材料在低倍率下循环则会导致过渡金属的梯度溶解以及二次颗粒内部结构的严重衰退，并产生大量微裂纹，造成电池容量和电压快速衰减
。
综上可知，相比于在低倍率下循环，富锂锰基氧化物正极材料在高倍率下循环使得更多的过渡金属溶解，致使颗粒表面的结构产生衰变，转变为类尖晶石相，使得容量和电压衰减更快
。
[0004]因此，在本领域中，亟需开发一种富锂锰基氧化物正极材料，以此解决因高倍率循环导致的锰离子严重溶出，以及引发的电池倍率性能差和电压衰减的技术问题
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种富锂锰基复合正极材料及其制备方法和二次电池
。
本专利技术提供的富锂锰基复合正极材料能够减少锰离子的溶出，以此避免由于严重的锰离子溶出引起的电池倍率性能差以及电压衰减的问题
。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种富锂锰基复合正极材料，所述富锂锰基复合正极材料包括富锂锰基正极材料内核以及包覆在所述富锂锰基正极材料内核表面的聚合物包覆层；
[0008]所述聚合物包覆层是由多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体在富锂锰基正极材料内核表面进行界面聚合得到
。
[0009]本专利技术采用由多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体聚合得到的聚合物包覆层对富锂锰基正极材料表面进行充分包覆，其中聚合物包覆层能够截留二价锰离子，使得表面带正电荷的聚合物包覆膜依据静电排斥作用，实现对一价阳离子
(
即锂离子
)
与二价阳离子
(
即锰离子
)
的选择性分离，从而使得锂离子更容易透过包覆层沉积到负极一侧，而二价锰离子选择性被截留，以此减少锰离子的过度溶出
。
[0010]优选地，所述富锂锰基正极材料的化学式为
0.3Li2MnO3·
0.7LiNi
0.5
Mn
0.5
O2。
[0011]优选地，所述富锂锰基正极材料的平均粒径为8～
12
微米，例如可以为8微米
、9
微米
、10
微米
、11
微米
、12
微米等
。
[0012]优选地，所述多元氨基哌嗪类单体的结构式如式1所示：
[0013][0014]其中，
n
的取值范围为0＜
n
＜6，优选为2～5，例如可以为
1、2、3、4、5。
[0015]在本专利技术中，通过调控
n
的取值范围，使得支链长度增加，
n
值过大则会增大空间位阻，聚合反应难度也会增大
。
[0016]优选地，所述多元酰氯单体的结构式如式2所示：
[0017][0018]其中，
n
的取值范围为
0≤n
＜6，优选为1～3，例如可以为
0、1、2、3、4、5。
[0019]在本专利技术中，通过调控
n
的取值范围，使得支链长度增加，
n
值过大则会增大空间位阻，同时提升聚合反应难度
。
[0020]在本专利技术中，上述多元氨基哌嗪类单体与上述多元酰氯单体的反应式如下所示：
[0021][0022]优选地，所述多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体的质量比为
(5
～
10):1
，优选为
(8
～
9):1
，例如可以为
5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1
等
。
[0023]在本专利技术中，通过调控多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体的质量比，使得聚合物包覆层的厚度得到调控，质量比过低则会降低包覆层厚度，降低抑制锰溶出效果，反之则会增加包覆层厚度，降低电导率
。
[0024]优选地，所述富锂锰基正极材料内核与聚合物包覆层的质量比为
(50
～
200):1
，优选为
(120
～
180):1
，例如可以为
50:1、60:1、70:1、80:1、90:1、100:1、110:1、120:1、130:1、140:1、150:1、160:1、170:1、180:1、190:1、200:1
等
。
[0025]在本专利技术中，通过调控富锂锰基正极材料内核与聚合物包覆层的质量比，使得聚合物包覆层的厚度得到调控，质量比过低则会降低电子电导率，降低循环容量保持率，反之则会减弱锰溶出效果
。
[0026]优选地，所述聚合物包覆层的孔径为
0.2
～
0.5
纳米，例如可以为
0.2
纳米
、0.25
纳米
、0.3
纳米
、0.35
纳米
、0.4
纳米
、0.45
纳米
、0.5
纳米等；厚度为
200
～
300
纳米，例如可以为
200
纳米
、220
纳米
、250
纳米
、280
纳米
、300
纳米等
。
[0027]在本专利技术中，通过调控聚合物包覆层的孔径和厚度，使得锰元素的溶出量较低及提升材料的容量保持率
。
[0028]第二方面，本专利技术提供了一种制备根据第一方面所述的富锂锰基复合正极材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0029]将多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体在富锂锰基正极材料表面进行界面聚合，得到所述富锂锰基复合正极材料
。
[0030]优选地，所述将多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体分别溶于溶剂中配制成多元氨基哌嗪类单体溶液与多元酰氯单体溶液；而后将所述富锂锰基正极材料在多元氨基哌嗪类单体溶液中浸泡，去除表面多余溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种富锂锰基复合正极材料，其特征在于，所述富锂锰基复合正极材料包括富锂锰基正极材料内核以及包覆在所述富锂锰基正极材料内核表面的聚合物包覆层；所述聚合物包覆层是由多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体在富锂锰基正极材料内核表面进行界面聚合得到
。2.
根据权利要求1所述的富锂锰基复合正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的化学式为
0.3Li2MnO3·
0.7LiNi
0.5
Mn
0.5
O2；优选地，所述富锂锰基正极材料的平均粒径为8～
12
微米
。3.
根据权利要求1或2所述的富锂锰基复合正极材料，其特征在于，所述多元氨基哌嗪类单体的结构式如式1所示：其中，
n
的取值范围为0＜
n
＜6，优选为2～
5。4.
根据权利要求1‑3中任一项所述的富锂锰基复合正极材料，其特征在于，所述多元酰氯单体的结构式如式2所示：其中，
n
的取值范围为
0≤n
＜6，优选为1～
3。5.
根据权利要求1‑4中任一项所述的富锂锰基复合正极材料，其特征在于，所述多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体的质量比为
(5
～
10):1
，优选为
(8
～
9):1
；优选地，所述富锂锰基正极材料内核与聚合物包覆层的质量比为
(50
～
200):1
，优选为
(120
～
180):1。6.
根据权利要求1‑5中任一项所述的富锂锰基复合正极材料，其特征在于，所述聚合物包覆层的孔径为
0.2
～
0.5
纳米，厚度为
200
～
300
纳米
。7.
一种制备根据权利要求1‑6中任一项所述的富锂锰基复合正极材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将多元氨基哌嗪类单体与多元酰氯单体在富锂锰基正极材料表面进行界面聚合，得到所述富锂锰基复合正极材料
。8.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田轶文，李云明，胡建伟，邱呈雨，桂娇康，刘心同，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：