[发明专利]一种富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电化学正极材料领域，具体涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法。本发明将三种含有不同金属离子比例的料液按照先后顺序进行反应沉淀，以弱酸钠盐作沉淀剂，碱性盐溶液作为络合剂，生成具有三层不同金属离子浓度的稳定界面结构的弱酸盐前驱体，与锂源按一定物质的量充分混合，高温固相反应后制备了一种具有三层核壳球形结构富锂锰基正极材料；三层核壳结构由于成分从内到外递变，因而相邻层间的金属离子浓度差异较小，界面结构比较稳定，从而有效的提升材料的电化学性能；所制备材料具有极其出色的循环稳定性能、倍率性能、长循环寿命性能。

技术领域

本发明属于电化学正极材料领域，具体涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

自从进入二十一世纪以来，环境污染恶化、温室效应导致气候变暖、石油矿产资源匮乏等全球性问题已引起广泛关注。传统汽车产业则是导致这些问题的主要原因之一。新能源汽车由于其清洁、无排放（或低排放）等优势，成为当前汽车发展的最主要方向。其中，动力电池作为新能源汽车的动力源或动力源之一，是其最核心的环节。当前产业化的新能源汽车动力电池以锂离子电池为主，其中正极材料大多采用磷酸铁锂（LiFePO₄），负极材料采用石墨类碳材料。在正极方面，由于LiFePO₄理论比容量仅为170 mAh·g^-1，且电压平台仅为3.4 V，比能量密度较低，已成为新能源汽车动力电池的主要短板之一。同时，随着人们对电池有更久的续航能力和更强的动力性的强烈期盼，使得锂离子电池，面临巨大的挑战。

寻找高能量、高功率、环境友好且价格低廉的新型正极材料已成为动力锂离子电池发展的主要方向之一。近年来，富锂锰基固溶体正极材料(Li₂MnO₃-LiMO₂)因理论容量高，约为200~300 mAh·g^-1、电压平台高、能量密度高、安全性高、价格便宜等优点，引起了广泛关注。但富锂锰基固溶体正极材料仍存在稳定性不够，高倍率条件下的性能衰退等缺点，制约其应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有三层核壳球形结构的富锂锰基正极材料及其制备方法，解决现有的富锂锰基固溶体正极材料存在的稳定性不够，高倍率条件下的性能衰退等缺点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种三层核壳球形结构的富锂锰基正极材料，包括：所述以(Ni_1/6~1/3Co_1/6~1/3Mn_1/3~2/3)CO₃为核，以(Ni_1/7~1/5Co_1/7~1/5Mn_3/5~5/7)CO₃为壳1，以(Ni_1/9~1/6Co_1/9~1/6Mn_2/3~7/9)CO₃为壳2。

本发明还提供了一种三层核壳球形结构的富锂锰基正极材料的制备方法，包括如下步骤：

将镍盐、钴盐、锰盐按照不同比例分别配成底液、料液1、料液2和料液3；搅拌底液，加入沉淀剂、络合剂调节底液中pH值；将料液1、料液2和料液3依次加入底液中，加入过程中使用沉淀剂和络合剂保持反应釜中pH值不变；搅拌反应后静置，将沉淀物过滤洗涤，制得碳酸镍钴锰前驱体；将干燥后的碳酸镍钴锰前驱体与锂源混合，研磨后煅烧，冷却至室温，得到三层核壳结构的富锂锰基材料。

所述底液中镍（Ni）、钴（Co）和锰（Mn）的金属离子比例为1:1:1~4；所述料液1中镍、钴和锰的金属离子比例为1:1:1~4；所述料液2中镍、钴和锰的金属离子比例为1:1:3~5；所述料液3中镍、钴和锰的金属离子比例为1:1:4~7。

作为优选地，所述锂源的添加量是过量的，碳酸镍钴锰前驱体与锂源的物质的量之比为1:1.1~2。