[发明专利]一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用。该铁锰基正极材料为Li_aFe_xMn_yO₂，其中a＝0.1～0.5，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，x+y＝1，铁锰基正极材料中的至少部分锰元素的价态为正四价，且铁锰基正极材料的XRD谱图中Li₂MnO₃晶相的特征峰最大强度小于铁锰基正极材料的最强特征峰强度的1/3或者不出现Li₂MnO₃晶相的特征峰。本申请通过对铁锰基正极材料的成分、晶体结构进行控制，进而使得首效和循环性能得到了很好地提升。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机、环境污染等问题的日益突出，新能源的开发与利用势在必行。在未来的几年中，锂离子电池在新能源汽车行业的应用需求将不断增加。

在新能源汽车中，锂离子电池占据核心地位，而在锂离子电池中，正极材料又是重中之重。以NCM523动力电池为例，正极材料占据成本高达32％，而电解液、隔膜以及负极总占比也仅为约25％。除却成本因素外，正极材料的电化学性能方面也与电池的整体性能息息相关。因此，锂离子电池正极材料是整个电池的重中之重。

钴是一种稀缺资源，主要集中在非洲，价格是镍的大约4倍。因此开发无钴的资源丰富镍锰材料是符合发展趋势的。根据咨询机构的预测，未来锂离子电池爆发增长必将引起钴资源的需求大于供给，价格还会出现不稳定的波动。因此，从电动汽车的长远发展考虑，摆脱稀有金属的依赖性，降低成本是新能源汽车行业健康发展的必经之路。目前正极材料仍然以三元为主，不可避免会受到贵金属价格的影响，尤其是镍、钴等贵金属元素，是正极材料成本的重要影响因素。

目前很多公司在提倡低钴甚至去钴化，但是仍在采用价格较高的镍等过渡金属元素，对于正极材料的成本控制是治标不治本。从电动汽车的长远发展考虑，摆脱稀有金属的依赖性，降低成本是新能源汽车行业健康发展的必经之路。

对于铁锰基正极材料，目前制备方法通常比较复杂，通常采用共沉淀—溶剂热—固相烧结反应的三步法制备，制备工艺复杂，制备周期长，制备成本较高，不适宜于大规模生产。而且由于溶剂热过程的存在，通常导致材料结晶性以及形貌较差。并且，现有铁锰基正极材料中由于Li的含量较高(Li_aFe_xMn_yO₂材料中a:(x+y)≥1)，材料中会包含有Li₂MnO₃杂相。 Li₂MnO₃相不稳定，在充放电过程中很容易分解，会释氧并且使阳离子的浓度升高，使得充电容量高而放电容量低导致首效低的问题，并且循环稳定性也较差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铁锰基正极材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中铁锰基正极材料首效差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铁锰基正极材料，该铁锰基正极材料为Li_aFe_xMn_yO₂，其中a＝0.1～0.5，0＜x＜1.0，0＜y＜1.0，x+y＝1，铁锰基正极材料中的至少部分锰元素的价态为正四价，且铁锰基正极材料的XRD谱图中Li₂MnO₃晶相的特征峰最大强度小于铁锰基正极材料的最强特征峰强度的1/3或者不出现Li₂MnO₃晶相的特征峰， Li₂MnO₃晶相在20～25°之间、31～33°之间、43～45°之间以及53～55°之间存在特征峰。

进一步地，上述铁锰基正极材料的粒径为140～1000nm，优选为140～500nm。