[发明专利]高容量锂化锰基层状氧化物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高容量锂化锰基层状氧化物正极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：A、将钠源和锰源充分混合均匀，获得前驱体混合物；B、对前驱体混合物进行烧结处理，获得钠化锰基层状氧化物；C、对钠化锰基层状氧化物进行钠/锂离子交换反应，洗涤干燥得到锂化锰基层状氧化物正极材料。本发明通过钠/锂离子交换反应的方式制备出了具有高容量、低成本的锂化锰基层状氧化物正极材料，其相对于传统的富锂锰基正极材料和镍钴锰三元正极材料，其在放电比容量、循环性能等性能方面均有不俗的表现，由此可作为传统富锂锰基正极材料和镍钴锰三元正极材料的替换材料，以降低锂离子电池的制造成本，是一种极有潜力的锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种高容量锂化锰基层状氧化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

为应对能源危机和环境污染，电动汽车的发展受到了广泛的关注。锂离子电池作为电动汽车的动力源，直接决定了电动汽车的续航里程。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，直接影响了锂离子电池的能量密度。当前，电动汽车多选用镍钴锰三元材料作为锂离子电池的正极材料，但日益上涨的镍、钴价格使得三元锂离子电池的成本日益上涨。因此，开发具有高容量、低成本的锂离子电池正极材料是开发下一代动力电池的关键。

中国专利CN107827160A公开了一种制备锰基锂离子电池正极材料的方法，该方法利用碱金属在液氨中的活动性与还原性首先与一定摩尔比的氧化锰发生反应，而低温下反应生成的浮渣化合物再通过高温退火形成具有特殊包覆结构的锰酸锂正极材料，该方法有效改善了锰基材料在深度充放电循环时的结构稳定性。提高了材料深度充放电时的容量保持率，改善了材料与电解液的相容性，其初始容量可达110－120mAh/g，该方法制备得到的锰酸锂正极材料的初始容量较小，不能满足锂离子电池商业化的要求。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对当前锂离子电池正极材料能量密度低、成本高等问题，提供一种高容量、低成本的锂化锰基层状氧化物正极材料及其制备方法和应用，该材料展示出220mAh/g以上的放电比容量，而且不含镍、钴等昂贵过渡金属元素，克服了现有技术所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将钠源和锰源充分混合均匀，获得前驱体混合物；

B、对前驱体混合物进行烧结处理，获得钠化锰基层状氧化物；

C、对钠化锰基层状氧化物进行钠/锂离子交换反应，洗涤干燥得到锂化锰基层状氧化物正极材料。

在本发明中，本发明通过钠/锂离子交换反应的方式制备出了具有高容量、低成本的锂化锰基层状氧化物正极材料，其相对于传统的富锂锰基正极材料和镍钴锰三元正极材料，其在放电比容量、循环性能等性能方面均有不俗的表现，由此可作为传统富锂锰基正极材料和镍钴锰三元正极材料的替换材料，以降低锂离子电池正极材料的制造成本。

进一步，所述钠源包括碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠、硝酸钠、草酸钠、氟化钠、氧化钠、氢氧化钠中的一种或多种。

进一步，所述锰源包括二价锰、三价锰、四价锰中的一种或多种。即锰源选自二氧化锰、四氧化三锰、三氧化二锰、碳酸锰、草酸锰、硫酸锰、一氧化锰、乙酸锰中的一种或多种。

进一步，烧结处理时的烧结温度为350－950℃，烧结处理时间为1－36h。

进一步，烧结处理时使用的烧结气氛为空气、氩气、氮气中的一种或多种。进一步，钠/锂离子交换反应采用退火或回流的方式进行；当采用退火方式时，退火的气氛为空气、氩气、氮气的一种或多种，退火温度为200－400℃，退火时间为1－24h；当采用回流方式时，回流所用的溶剂为乙腈、己醇中的一种或两种组合，回流温度为120－200℃，回流时间为1－24h。