[发明专利]尖晶石相镍锰酸锂正极材料及其制备方法和电池

说明书

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及尖晶石相镍锰酸锂正极材料及其制备方法和电池；本发明的制备方法包括将镍锰化合物前驱体与锂源、添加剂混合，高温煅烧、退火、破碎，制得尖晶石相镍锰酸锂正极材料；其中，添加剂具有富电子基团。本发明的制备方法制得的尖晶石相镍锰酸锂正极材料结构稳定，能够有效抑制其表面与电解液的副反应和过渡金属溶出，进而能够提高电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及尖晶石相镍锰酸锂正极材料及其制备方法和电池。

背景技术

尖晶石相的镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)作为一种高电压正极材料，因其高能量、结构稳定、安全而受到广泛的重视。

然而，相关技术提供的制备方法制得的LiNi_0.5Mn_1.5O₄在应用中存在一些问题，在高电压下尖晶石相的镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)正极材料容易与电解液发生副反应，导致电解液分解、结构被破坏、过渡金属溶出等问题，降低电池的循环性能，缩短了电池的使用寿命。

在锂离子电池中，锂离子扩散通常发生在电极/电解液界面。对于LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料来说，不同的晶面取向，不仅决定了其晶体形态的不同，更对其电化学性能有着重要的影响，这主要与Li⁺在LiNi_0.5Mn_1.5O₄中扩散的各向异性动力学有关。相关技术指出，LiNi_0.5Mn_1.5O₄沿(111)晶面生长形成规则八面体单晶，生成稳定的CEI层，减少高电压下电解液的分解，进而提高材料的循环性能和倍率性能。还有相关技术指出，沿(100)晶面生长形成截角八面体，在高电压下具有较高的Li⁺扩散系数，同时与电解液的接触界面稳定。又有相关技术指出，尖晶石材料中Mn离子是(110)晶面与电解液发生副反应的原因，不利于高电压下的循环稳定性。因此，在(111)、(100)、(110)三个晶面中，(111)和(100)晶面有利于提高的循环性能和倍率性能，而(110)晶面则不利于循环稳定性。因此，通过提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料表面的稳定性，对于提高锂离子电池的电化学性能有着至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供尖晶石相镍锰酸锂正极材料及其制备方法和电池，本发明的制备方法制得的尖晶石相镍锰酸锂正极材料结构稳定，能够有效抑制其表面与电解液的副反应和过渡金属溶出，进而能够提高电池的循环性能。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种尖晶石相镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括：

将镍锰化合物前驱体与锂源、添加剂混合，高温煅烧、退火、破碎，制得尖晶石相镍锰酸锂正极材料；其中，添加剂具有富电子基团。

在可选的实施方式中，添加剂包括含磺酸基、硝基和卤素基团的有机物中的至少一种。

在可选的实施方式中，添加剂中有效基团的质量为镍锰化合物前驱体质量的0.2％～1％。有效基团包括磺酸基、硝基和卤素基团中的至少一种。

优选地，镍锰化合物前驱体的制备方法包括：

用锰源和镍源制备过渡金属混合溶液；

向过渡金属混合溶液加入过量的沉淀剂，以制得镍锰化合物前驱体。

进一步优选地，加入过量的沉淀剂后还包括在设定温度下反应，冷却后抽滤、洗涤，干燥。