富锂锰基正极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110416534A(43)申请公布日2019.11.05(21)申请号201910653631.6(22)申请日2019.07.19(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址213200江苏省常州市金坛区华城中路168号(72)发明人拉杰什·麦加朱金鑫普拉杰什·PP王鹏飞马忠龙(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人赵天月(51)Int.Cl.H01M4/485(2010.01)H01M4/505(2010.01)H01M4/525(2010.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书9页附图10页(54)发明名称富锂锰基正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。该富锂锰基正极材料的通式为xLi2MnO3-yLiMnαM1βO(2+δ)-zMnM2γO(2+λ)，其中，x+y+z＝1，z＞0，0≤α<1，0<β≤1，0≤γ≤1，0≤δ≤1，0≤λ≤1，M1和M2分别独立地为选自Sc、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Sr、Ba、Cd、Al、Ga、B、Zr、Ca、Ce、Y和Nb中的至少一种。该富锂锰基正极材料不仅结构稳定、成本低，而且比容量较高、倍率性能和循环性能好，初始放电容量不低于310mAh/g，首次效率不低于90％，可以广泛应用于高能量密度锂电池领域。CN110416534ACN110416534A权利要求书1/1页1.一种富锂锰基正极材料，其特征在于，所述正极材料的通式为xLi2MnO3-yLiMnαM1βO(2+δ)-zMnM2γO(2+λ)，其中，x+y+z＝1，z＞0，0≤α<1，0<β≤1，0≤γ≤1，0≤δ≤1，0≤λ≤1，M1和M2分别独立地为选自Sc、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Sr、Ba、Cd、Al、Ga、B、Zr、Ca、Ce、Y和Nb中的至少一种。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的通式为xLi2MnO3-yLiMnαM1βO2-zMnM2γO2。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料为层状晶体结构，任选地，所述正极材料初始放电容量不低于310mAh/g，首次效率不低于90％。4.一种制备权利要求1-3中任一项所述的正极材料的方法，其特征在于，包括：(1)对含有Mn、M1和M2的碳酸盐进行第一焙烧处理，以便得到第一焙烧产物；(2)将所述第一焙烧产物与锂盐混合并进行第二焙烧处理，以便得到正极预备体材料；(3)将所述正极预备体材料与酸溶液混合后过滤，以便得到所述富锂锰基正极材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一焙烧处理的温度为450～600℃、时间为6～10h、氧含量为20～30v％，任选地，所述碳酸盐的D50粒径为2～20μm。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述碳酸盐与所述锂盐的摩尔比为1：(1.05～2)，优选1：(1.3～1.6)。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第二焙烧处理的温度为750～900℃、时间为18～24h、氧含量为20～30v％，任选地，步骤(2)中，所述第一焙烧产物和所述锂盐的D50粒径为2～20μm。8.根据权利要求4或7所述的方法，其特征在于，步骤(3)进一步包括：(3-1)将所述正极预备体材料与酸溶液混合并进行超声处理，以便去除多余的Li2O；(3-2)对步骤(3-1)得到的混合液进行过滤，并于真空加热条件下对固态产物进行干燥，以便得到所述富锂锰基正极材料，任选地，步骤(3)中，所述酸溶液中氢离子的浓度为0.05～0.3mol/L。9.一种锂电池，其特征在于，具有权利要求1-3中任一项所述的正极材料或采用权利要求4-8中任一项所述的方法制备得到的正极材料。10.一种车辆，其特征在于，具有权利要求9所述的锂电池。2CN110416534A说明书1/9页富锂锰基正极材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及电池领域，特别涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]LiCoO2是目前最成熟的锂离子电池正极材料之一，但它存在有安全性差、过充和成本高等的问题，并且由LiNiO2制备的正极材料也存在稳定性差、安全性差和合成困难等问题；而锰基正极材料，例如LiMnO2，虽然成本较低、来源广且理论容量高，但其在充放电过程中显示出热力学不稳定的晶体结构，导致充放电过程中容量衰减更快；锰基LiMn2O4正极材料在充放电过程中容易发生晶体转变、锰离子溶解和姜-泰勒效应，导致电池容量严重衰减。Li(MnNiCo)O2是具有三种金属