[发明专利]一种实现精确配锂的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种实现精确配锂的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1、按比例称取对应的可溶性金属盐并混合成金属盐溶液；S2、将金属盐溶液、沉淀剂溶液和络合剂加入反应釜中反应过滤得到前驱体；S3、将前驱体放入马弗炉中，在空气的氛围下煅烧；S4、将前驱体与锂源混合并搅拌，得到混合物；S5、将混合物于马弗炉中烧结即得。本发明通过对富锂锰基正极材料的前驱体在空气中进行氧化预烧，使得前驱体硬度增大，从而更有利于结构的保持，成分结构单一，不仅实现了精确配锂，减少了表面残余锂，增强了结构的稳定性，而且相比于传统方法，该方式高效、经济、操作简单，过程易控制，能够很好地解决传统方法中配锂量偏差的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种实现精确配锂的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济及科学技术的高速发展，人们对于能源的需求也日益提高，现今传统化石能源(煤、石油等)的储能危机也逐步显现，因此对于新能源开发利用成为研究的热点。人们开始利用风能、水能等清洁能源，但这些能源都存在时效性，需要使用电池将这些能源进行转化储存，再进行合理利用。镍氢电池、铅酸电池是曾经常用的二次电池，但由于其能量密度低、循环寿命短而逐渐被锂离子电池取代。

综合成本和性能的要求，正极材料是限制锂离子电池发展的核心部分，提高其性能至关重要。正极材料合成方法较多，有共沉淀法、固相法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法等等，每种方法都有各自的优缺点，从能耗、效率以及性能方面来看，共沉淀法是目前商业应用最广泛的。共沉淀法合成的前驱体材料颗粒均匀、元素比例准确、性能稳定，该方法利用沉淀剂合成过渡金属氢氧化物或碳酸盐前驱体，然后与锂盐混合高温烧结合成形貌规整的正极材料，但合成条件较为苛刻，需要在氧气气氛下长时间高温煅烧，耗时费能，成本较高。

研究表明，在混锂煅烧前，将前驱体由氢氧化物预氧化为羟基氧化物，其结晶形态、颗粒形貌、粒径大小及分布发生变化，对正极材料有显著影响。现有文献通过不同的预氧化方式制备的前驱体合成锂离子电池正极材料，结果表明：预氧化方式不影响前驱体或样品的形貌，但对晶相结构、Ni平均氧化态及样品电化学性能有很大影响，且前驱体中Ni平均氧化态越高，样品电化学性能越好。特别是对于高镍正极材料来说，高镍正极材料由于镍含量较高，阳离子混排问题突出，严重降低了正极材料的储锂能力和循环性能，为此，对其前驱体进行预氧化处理，可以减少体系中固有Ni²⁺的数量，缓解阳离子混排对循环性能的影响。例如中国专利CN112186171A(锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法及应用)、CN103066257A(一种锂离子电池正极材料用的锂镍钴铝氧化物的制备方法)、CN112490428A(一种三元前驱体的预处理方法及其产品和用途)、CN108511746A(一种预氧化改性的高镍三元正极材料的制备方法)等，这些专利技术使用氧化性气体或液态氧化剂对前驱体进行预氧化处理，进而达到降低锂镍离子混排程度的目的。但是，这些预氧化处理方式存在成本高、后续处理繁琐以及危险性比较大的问题，例如，使用液态氧化剂还要涉及后续水洗除杂的过程，对正极材料电化学性能影响较大。

对于富锂锰基正极材料来说，其Ni含量相对较低，阳离子混排程度较轻，对正极材料的性能影响较大的因素是：前驱体烘干程度和存储条件，该两个影响因素易导致配锂量的误差较大，不能实现精确配锂，最终易导致富锂锰基正极材料结构稳定性较差，比容量偏低。因此，如何提高混锂过程的准确度成为人们广泛研究的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前富锂锰基正极材料所存在的配锂量误差较大的问题，提供一种实现精确配锂的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，发明人在试验过程中发现，虽然富锂锰基正极材料不存在明显的阳离子混排问题，但对富锂锰基正极材料的前驱体在空气中预烧后，前驱体的硬度变大，一次颗粒转变为类单晶，并使其高活性晶面更多的暴露，成分结构单一，从而能够实现精确配锂，解决了现有技术中所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种实现富锂锰基正极材料精确配锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：