[发明专利]铌改性富锂锰基材料的制备方法、正极材料及锂离子电池

说明书

本发明涉及铌改性富锂锰基材料的制备方法、正极材料及锂离子电池，其中，铌改性富锂锰基材料的制备方法包括以下步骤：获取镍钴锰前驱体；将所述镍钴锰前驱体与第一部分锂盐混合并预烧，冷却后再与第二部分锂盐以及含铌化合物在真空状态下混合，获得混合物；将所述混合物经过常压高温热处理后得到所述铌改性富锂锰基材料。通过将镍钴锰前驱体与部分锂盐混合后，预烧一段时间，形成一定的层状结构，有利于后续的高温烧结段铌元素的掺杂，经过该种方法制备得到的富锂锰基材料，将其应用于正极材料和锂离子电池中，可明显提升材料的首次效率、循环稳定性并抑制结构氧析出及电压衰减。且该制备方法简单、修饰改性效果明显，具有大规模应用的潜力。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种铌改性富锂锰基材料的制备方法、正极材料及锂离子电池。

背景技术

近年来，新能源汽车市场的爆发式增长及汽车续航里程的增加，促使锂离子电池的能量密度不断提升，正极材料是制约锂离子电池比容量及能量密度的核心因素。富锂锰基正极材料被国内外研究者誉为下一代最有前景的正极材料之一，是实现2025年单体电芯350Wh/kg目标的关键材料之一。富锂锰基正极材料因具有高比容量(＞280mAh/g)、高工作电压(＞3.6V)、低成本、环境友好等优点而受到广泛关注。然而，首周充电过程中的过渡金属层中的Li⁺以Li₂O的形式脱出后的不可逆过程，引起库伦效率较低。由于Li₂MnO₃相具有偏低的离子/电子电导率，使得富锂锰基材料具有较差的倍率性能。制约富锂锰基商业化进程更为关键的是电压衰减问题，也是目前科研界和学术界研究的热点问题。一般认为，电压的衰减和过渡金属TM的迁移以及结构相变有关。TM从八面体位迁移到金属锂层的四面体空隙再占据锂八面体位，在循环过程中材料由层状结构逐步过渡到尖晶石结构。

有研究对富锂锰基材料进行铌掺杂或改性，掺杂或改性后可一定程度提升材料首次效率并抑制电压衰减。相关技术中，有研究将富锂锰基材料与铌的羧酸衍生物、锂盐等物质湿法混合，然后高温热处理，该方法大量使用有机溶剂，并引入价格较高的络合剂，且步骤较为繁琐，在材料合成时需高温热处理，改性时需再次热处理，耗能较高且对环境不友好。此外，还有研究将富锂锰基前驱体与LiNbO₃或Nb₂O₅和Al₂O₃湿法混合，水浴蒸干后再高温热处理得到改性后的富锂锰基材料。该方法同样存在有机溶剂的价格和环保问题，由于水浴蒸干、鼓风干燥、高温热处理等多个高能耗工艺步骤，不利于成本降低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种铌改性富锂锰基材料的制备方法，经过该种方法制备得到的富锂锰基材料能有效抑制电压衰减并提升首次效率和倍率性能，且该制备方法工艺简单、能耗低、环境友好，具备大规模产业化价值。

本发明第二方面提出一种正极材料。

本发明第三方面还提出一种锂离子电池。

根据本发明的第一方面，提供一种铌改性富锂锰基材料的制备方法，包括以下步骤：获取镍钴锰前驱体；将所述镍钴锰前驱体与第一部分锂盐混合并预烧，冷却后再与第二部分锂盐以及含铌化合物在真空状态下混合，获得混合物；将所述混合物经过常压高温热处理后得到所述铌改性富锂锰基材料。