低成本高首效富锂锰基正极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114772656A(43)申请公布日2022.07.22(21)申请号202210203456.2H01M4/58(2010.01)(22)申请日2022.03.02(71)申请人重庆理英新能源科技有限公司地址401120重庆市渝北区两江新区龙兴镇卓越路19号(72)发明人苏岳锋李永健李宁陈来王萌(74)专利代理机构成都九鼎天元知识产权代理有限公司51214专利代理师胡东东(51)Int.Cl.C01G53/00(2006.01)C01G45/12(2006.01)H01M4/36(2006.01)H01M4/505(2010.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称低成本高首效富锂锰基正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种低成本高首效富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1、制备凝胶状前驱体；S3、真空干燥，真空干燥后于马弗炉中进行煅烧，得到富锂锰基正极材料；S4、称取可溶性铁盐和可溶性锰盐制备溶液C，将溶液C加入含有富锂锰基正极材料的溶液D中，调节溶液D的pH值为10－11；S4、对沉淀进行干燥，干燥后于马弗炉中煅烧即得。本发明采用低成本原料，制备过程简便易于商业化，通过尖晶石型包覆材料有助于大幅改善其首周库伦效率，提高了循环稳定性，而且采用廉价的三氯化铁和硫酸锰原料来进行包覆，在提升首周库伦效率的同时，还提高了能量存储转换效率和倍率性能。CN114772656ACN114772656A权利要求书1/2页1.一种低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照化学计量比，称取可溶性锂盐、可溶性锰盐、可溶性镍盐于容器中，加入适量去离子水混合形成溶液A，再称取设计量的一水柠檬酸，加入去离子水溶解后得到溶液B；S2、将溶液A和溶液B混合搅拌，并同时加入氨水调节pH至6－7.5，混合后对混合溶液进行水浴加热，直至得到凝胶状前驱体；S3、取凝胶状前驱体于坩埚中进行真空干燥，真空干燥后于马弗炉中进行煅烧，得到富锂锰基正极材料；S4、按照设计量称取可溶性铁盐和可溶性锰盐，其中铁盐为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁其中的一种或多种，锰盐为氯化锰和硫酸锰的一种或多种，加水溶解得到溶液C，将S3得到的富锂锰基正极材料分散于水中，得到溶液D，将溶液C加入溶液D中并不断搅拌一定时间，同时向悬浮液D中加入pH调节剂调节溶液D的pH值为10－11；S5、加热S4的混合溶液，反应完成后使用滤纸过滤取沉淀并用去离子水洗涤；S6、对S5得到的沉淀进行干燥，干燥后于马弗炉中煅烧，即得。2.如权利要求1所述的低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在S1中，所述可溶性锂盐为碳酸锂、乙酸锂、草酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种或多种；所述可溶性锰盐为硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰、氯化锰中的一种或多种；所述可溶性镍盐为硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或多种。3.如权利要求1所述的低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在S2中，水浴加热的温度为70－90℃。4.如权利要求1所述的低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在S3中，真空干燥的温度为70－90℃，干燥时间为15h以上。5.如权利要求1所述的低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，煅烧采用两步法进行，第一步煅烧以4－6℃/min的升温速率从室温升至400－500℃，并保温4－6h后随炉降温，第二步煅烧以4－6℃/min的升温速率从室温升至800－1000℃，保温10－15h后随炉降温。6.如权利要求1所述的低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，煅烧时，以4－6℃/min的升温速率从室温升至400－500℃，并保温4－6h后随炉降温。7.如权利要求1所述的低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，其得到的富锂锰基正极材料的通式为Li1+aMnbNicO2，其中，0.1＜a＜0.3，0.4＜b＜0.8，0.1＜c＜0.3，a+b+c＝1。8.如权利要求1所述的低成本高首效富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，其得到的富锂锰基正极材料包覆了一层具有尖晶石结构的Fe2MnO4，Fe2MnO4的包覆量为S3得到的富锂锰基正极材料质量的1－4％。9.一种低成本高首效富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料由于上述权利要求1－8任一所述的制备方法制备得到，得到的富锂锰基正极材料本体结构为Li1+aMnbNicO2，其中，0.1＜a＜0.3，0.4＜b＜0.8，0.1＜c＜0.3，a+b+c＝1，本体结构的表层包覆了一层具有尖晶石结构的Fe2MnO4。10.一