[发明专利]一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料，其特征在于，该材料的分子式为xLi₂Mn_1-yN_yO₃·(1-x)LiMn_1-zM_zO₂，式中M为Ni、Co中的一种或两种；N为Fe、Cr、Al、Mg中的一种或几种，0＜x≤0.3，0＜y≤0.1，0＜z≤0.7。

2.一种如权利要求1所述的微球层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

1）前驱体①的制备：

a）溶液的配制：

溶液A：将锰源化合物、M源化合物按照锰、M元素摩尔比1-z：z称量，加入去离子水中制成总浓度1.0～4.0mol/L金属盐溶液，其中M为Ni、Co中的一种或两种，0＜z≤0.7；

溶液B：配制浓度为1mol/L～6mol/L的碱溶液作为沉淀剂；

溶液C：配制浓度为0.1～2.0mol/L的氨水作为络合剂；

b）共沉淀：

在反应釜中加入去离子水，水浴温度为40～60℃，通入惰性气体使反应环境无氧后，将溶液B和溶液C按照体积比1：m加入反应釜中，调节pH值8～12，转速100~200rpm，然后将溶液A、溶液B及溶液C同时泵入反应釜中，控制锰和M金属总离子与氢氧根的摩尔比为1:2，在40～60℃下保温并持续搅拌2~8h，控制溶液pH值在10～12，得到沉淀，其中1≤m≤1.5；

c）前驱体处理：

将沉淀Mn(OH)₂和M(OH)₂过滤、洗涤，90～110℃烘干，按照Mn元素、M元素、Li元素的摩尔比1-z：z：1的比例加入锂源化合物，球磨混合；将混合物450～550℃煅烧3～6h，升温至850～950℃煅烧5～20h，自然冷却得到前躯体①；

2）前驱体②的制备：

a）将锂源化合物、锰源化合物、N元素氧化物按照Li元素、Mn元素、N元素的摩尔比2:1-y:y的比例混合球磨，其中，N为Fe、Cr、Al、Mg中的一种或几种，0＜y≤0.1；

b）前驱体处理：

将步骤a）得到的粉末混合均匀，在500～1000℃的高温下烧结5～72h，得前驱体②；

3）将前驱体①和前驱体②按照摩尔比1-x：x混合，用浓度为0.1～0.3mol/L的酸洗溶液进行处理，其中，0＜x≤0.3；

4）将步骤3）酸洗处理的混合前驱体用去离子水洗至中性，搅拌均匀后喷雾干燥，得到微球状混合前驱体；

5）将步骤4）制得的混合前驱体450～550℃烧结3h～10h，冷却后过300目筛，得到微球层状富锂锰基固溶体正极材料xLi₂Mn_1-yN_yO₃·(1-x)LiMn_1-zM_zO₂。

3.根据权利要求2所述的一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述的锰源化合物为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰、碳酸锰或二氧化锰中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述的M源化合物为硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、硫酸钴、硝酸钴或乙酸钴中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述的碱溶液为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾中至少一种。

6.根据权利要求2所述的一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述的锂源化合物为碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂中至少一种。

7.根据权利要求2所述的一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述的N元素氧化物为氧化铁、氧化铬、氧化铝或氧化镁中至少一种。

8.根据权利要求2所述的一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述的酸洗溶液为硝酸、硫酸或盐酸中至少一种。