[发明专利]一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用，属于正极材料技术领域。其制备方法包括：将二元前驱体、锂盐及掺杂剂的混合物进行一次烧结和退火处理；其中，二元前驱体的化学结构式为Ni_xMn_1‑x(OH)₂，x＝0.24‑0.26；掺杂剂包括ZrO₂；退火处理是于450‑650℃保温2‑6h。通过引入含Zr元素的掺杂剂，可增强Zr‑O键的键能，提高材料在高电压下循环的结构稳定性，增强其容量和循环特性；在一次烧结后进行退火处理，可有效降低一次烧结后材料中Mn³⁺含量，进一步提高材料的循环性能。所得的镍锰酸锂正极材料晶型稳定、避免了出现热失控的情况，将其制备电池，可使电池具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及正极材料技术领域，具体而言，涉及一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

钴由于其稀缺性和战略价值，导致价格长期居高不下，从能源安全和经济性方面考量，无钴材料会是未来新能源领域的一个重要分支。特斯拉最热销产品Model3使用的电池在增加电池镍成分的同时，也大幅降低了钴的用量。其中镍锰酸锂电池具备10min快速充电、耐宽温(-40-60℃)、循环使用寿命长、能量密度高等特点，被誉为最具有发展潜力的正极材料。

近年来，关于LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料相关方面的研究和应用在国外形成快速增长的势态，一些公司如日本SANYO、韩国LG化学、美国Enerdel、法国CEA-Liten、以色列ETVM公司已经在开始尝试LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的商品化开发问题。

目前国内众多企业已布局5V尖晶石镍锰酸锂材料的研发，但现有技术中的这些镍锰酸锂材料在高压(如5V)条件下所具有的循环性能和容量不太理想。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供镍锰酸锂正极材料的制备方法，其能够提高镍锰酸锂材料在高压条件下所具有的循环性能和容量。

本发明的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的镍锰酸锂正极材料。

本发明的目的之三在于提供一种上述镍锰酸锂正极材料的应用。

本发明的目的之四在于提供一种含上述镍锰酸锂正极材料的电池。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将二元前驱体、锂盐以及掺杂剂的混合物依次进行一次烧结和退火处理；

其中，二元前驱体的化学结构式为Ni_xMn_1-x(OH)₂，x＝0.24-0.26；

掺杂剂中包括Zr元素；

退火处理是于450-650℃的条件下保温2-6h。

在可选的实施方式中，按金属摩尔比计，二元前驱体与锂盐的用量比为1:0.5-0.53；以Zr元素占混合物的质量比计，掺杂剂的浓度为混合物的质量的1000-3000ppm。

在可选的实施方式中，掺杂剂为ZrO₂；和/或，锂盐包括碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种。

在可选的实施方式中，一次烧结温度为850-950℃，一次烧结时间为10-15h。

在可选的实施方式中，一次烧结过程中的升温速率为1-3℃/min。

在可选的实施方式中，一次烧结过程中的烧结气氛为空气气氛。