[发明专利]一种锡掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池正极材料，具体涉及一种锡掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法。材料为按化学计量计，将锰盐、镍盐、钴盐和锡盐混合配制为混合盐水溶液并通过共沉淀法形成前驱体沉淀，而后与锂源化合物混合通过分段热处理，得化学式为Li[Li_aMn_bCo_cNi_dSn_x]O₂，a+b+c+d+x＝1，a、b、c、d、x＞0的锡掺杂的富锂锰基正极材料。本发明中制备锡掺杂的富锂锰基正极材料的共沉淀法，工艺流程简单、操作方便，适合工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料，具体涉及一种锡掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会和经济的高速发展，能源短缺和环境污染问题日益加剧，洁净能源以及高效的能源转换与储存体系的开发和利用是当今社会可持续发展的当务之急。近二十年来，作为能源储存体系之一的锂离子电池主导了高能绿色电池的发展，这是因为其具有高电压、高能量密度、长寿命和安全性能好的显著优点，锂离子电池已在便携电子设备、医疗设备、电动汽车、空间技术和国防工业等领域被广泛应用。随着全球应对气候变化和建设低碳社会共识的达成，环境友好的高比能锂离子电池在电动汽车和储能方面展示了广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益，目前市场上应用较多的锂离子电池正极材料主要有LiCoO₂、LiFePO₄、LiMn₂O₄、三元镍钴锰酸锂材料等，其放电容量均低于200mAh/g，难以满足电动汽车对长续航里程的需求，因此开发具有更高比容量的正极材料成为近几年广为关注的研究热点。

近些年来，层状富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M为Ni、Co、Mn等过渡金属)比容量高达250-300mAh/g，平均放电电压高于3.5V，电化学特征明显优于上述传统的正极材料，其是最有潜力比能量达到300Wh/kg以上要求的动力电池模块用正极材料，然而充放电循环时其容量衰减和电压衰退两大问题制约了富锂锰基正极材料的商业化应用，近年来研究人员通过体相掺杂、表面包覆和晶面调控等手段改善了其电化学性能，富锂正极材料的性能提升需要同时考虑体相和表面的稳定性。但是到目前为止，通过共沉淀法制备锡掺杂的富锂锰基正极材料进而提高其循环稳定性的研究一直未见文献报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种锂离子电池用锡掺杂的富锂锰基正极材料及其制备方法。

本发明采用如下的技术方案：

一种锡掺杂的富锂锰基正极材料的制备方法，按化学计量计，将锰盐、镍盐、钴盐和锡盐混合配制为混合盐水溶液通过共沉淀法形成前驱体沉淀，而后与锂源混合通过分段热处理，得化学式为Li[Li_aMn_bCo_cNi_dSn_x]O₂，a+b+c+d+x＝1，a、b、c、d、x＞0的锡掺杂的富锂锰基正极材料。

进一步的说，按化学计量计，制备浓度在0.01-2mol/L的混合盐水溶液，将沉淀剂和浓氨水溶解在去离子水中配制成混合碱溶液，往反应器中加入适量去离子水作为底液，然后向反应器中同时加入上述获得混合盐水溶液和上述获得混合碱溶液，并进行反应形成前驱体沉淀，并通过控制加入混合碱溶液的量来调节反应器中溶液的pH为7.8-8.5，所得沉淀洗涤干燥后与锂源化合物混合，在空气气氛下通过分段热处理方式首先在400-600℃恒温预烧3-8h，而后再于800-900℃恒温煅烧10-20h，自然降温后即得化学式为Li[Li_aMn_bCo_cNi_dSn_x]O₂，a+b+c+d+x＝1，a、b、c、d、x＞0的锡掺杂的富锂锰基正极材料。