[发明专利]一种镍锰正极活性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种镍锰正极活性材料及其制备方法和应用。所述镍锰正极活性材料包括基体及包覆在所述基体表面的包覆层，所述包覆层包括芳香族化合物，所述芳香族化合物为具有多个羧基的芳香酸和/或具有多个羧酸根的芳香酸锂盐，所述镍锰正极活性材料中，芳香族化合物的质量含量为0.1％‑0.5％。经过本发明的方法进行改性后得到的镍锰正极活性材料具备更好的循环性能、容量衰减率更低、倍率性能更好、DCIR更低。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种镍锰正极活性材料及其制备方法和应用。

背景技术

现有锂离子电池基本由橄榄石结构的磷酸铁锂(LFP)、层状结构的钴酸锂(LCO)、镍钴锰酸锂(NCM)、镍钴铝酸锂(NCA)组成。其中磷酸铁锂安全性能较高，循环性能较好，但能量密度低，低温性能差；层状结构的NCM/NCA能量密度较高，但由于钴和镍的成本较高以及毒性问题和安全问题，广泛使用存在一定的局限性。

LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)等无钴高电压正极材料由于其有较高的锂离子扩散速率、较高的电压平台和能量密度、较好的热稳定性和较低的成本，逐渐被人们所熟知并运用，LNMO的这些优异性能将使其成为一种经济的、有发展前景的正极材料。

常规LNMO材料的循环寿命较差、高温下的容量衰减快。为了解决以上问题，通常通过阳离子掺杂和阴离子掺杂技术来占据晶格空位，抑制不可逆的两相反应，减少金属(TM)离子的溶解和晶格畸变，稳定晶体结构。中国专利申请CN104828878A公开了一种石墨烯包覆的镍锰酸锂材料的制备方法，具体来说，是在镍锰酸锂材料前驱体阶段添加石墨烯，形成原位石墨烯包覆。但是，在镍锰酸锂材料前驱体阶段添加石墨烯，在高温烧结过程中石墨烯会与氧气反应的同时，还会还原部分Mn⁴⁺转化为Mn³⁺，从而被大量消耗减少包覆的作用，Mn³⁺的产生使得材料的循环性能变差，不仅成本显著上升，在大电压下循环时容量保持率下降迅速，难以进行大规模推广应用。现有技术中采用芳香族化合物对LNMO进行包覆时，包覆量较大，包覆工艺复杂，提高了生产成本，不适于大规模推广应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种镍锰正极活性材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种镍锰正极活性材料，所述镍锰正极活性材料包括基体及包覆在所述基体表面的包覆层，所述包覆层包括芳香族化合物，所述镍锰正极活性材料中，芳香族化合物的质量含量为0.1％-0.5％(例如0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％)。

在上述镍锰正极活性材料中，作为一种优选实施方式，所述芳香族化合物的分子式为中心对称结构或轴对称结构；优选地，所述芳香族化合物为具有多个羧基的芳香酸和/或具有多个羧酸根的芳香酸锂盐；优选地，具有多个羧基的芳香酸的羧基个数为2～4个，具有多个羧酸根的芳香酸锂盐的羧酸根个数为2～4个；优选地，所述芳香族化合物为邻二苯甲酸、邻二苯甲酸锂、对二苯甲酸、对二苯甲酸锂、均苯三甲酸、均苯三甲酸锂中至少一种。

在上述镍锰正极活性材料中，作为一种优选实施方式，所述基体为镍锰酸锂，所述镍锰酸锂的化学式为LiNi_xMn_yM_zO₄，其中0.2≤x＜0.6，1.2≤y1.8，0.01≤z0.1，M为Al、Zr、W、Mg、Ta、Ti、Nb、和B中的一种或多种组合。

第二方面，本发明提供一种镍锰正极活性材料的制备方法，所述方法依次包括如下步骤：

S1、将芳香族化合物溶解于有机溶剂中配制为有机溶液；