[发明专利]低电压应用的高容量富锂锰基正极材料及制备方法及应用

说明书

本发明就是要提供一种低电压应用的高容量富锂锰基正极材料及制备方法及应用，包括低电压应用的富锂锰基正极材料前驱体和低电压应用的高容量富锂锰基正极材料的制备，其包括低电压应用的富锂锰基正极材料前驱体的制备，以普通的锰、镍及钴等盐为反应溶液，合成富锂锰基材料前驱体，并实现合成制备低电压应用的高容量富锂锰基正极材料，应用于充电电压为4.2~4.45V的电池系统，规避富锂锰基正极材料在4.6V高电压下循环性能较差的问题，但又可实现其在4.2~4.45V充电电压下发挥高克容量、长循环寿命的特点，其在2.5‑4.45V，0.1C充放电条件下放电克容量达185mAh/g，100周循环容量不衰减，循环性能稳定，且合成方便，适合工业化生产，并且循环性能稳定，提高了产品的市场竞争力。

技术领域：

本发明涉及锂电新能源材料领域，主要涉及富锂锰基正极材料的制备方法，特别是一种低电压应用的高容量富锂锰基正极材料及制备方法及应用。

背景技术：

随着各国均对新能源发展力度的加大。锂电池新能源技术及应用为全球新能源主要技术方向之一，成为各国政府大力扶持的战略产业。

富锂锰基材料具有电压高、克容量高、安全性好、资源丰富、污染小等优点，是最有前景的正极材料之一。但富锂锰基正极材料在低电压应用的情况下，克容量发挥相对较低，高电压下循环性能较差、电解液等材料缺乏配套等问题，严重限制其在新能源汽车动力电池以及其他领域的实际应用。

如中国专利公告号为CN114220975 A《一种富锂锰基正极极片及其制备方法和应用》，其包括提供一种富锂锰基活性物质层-导电剂层-富锂锰基活性物质层-导电剂层的夹层结构来改善富锂锰基材料的导电性，其中的导电剂层可以提高富锂锰基正极材料的电子电导率，减少充放电过程中的极化，从而提高电池的首次效率、倍率性能和循环性能。

中国专利公告号CN101807682A公开的《一种动力型尖晶石锰酸锂正极材料及其制备方法》，其具体公开一种动力型尖晶石锰酸锂正极材料及其制备方法。所述动力型尖晶石锰酸锂正极材料由动力型尖晶石锰酸锂LiaMn2-x-zNbxAlyMzO4和它表面的包覆层构成。所述制备方法是将经过处理的锂源、锰源与铌源、铝源、掺杂元素M球磨混合，在550～900℃温度下进行煅烧；将煅烧后的初步产物粉碎分级后，加入包覆材料在750～950℃温度下进行二次煅烧，粉碎分级后得到动力型尖晶石锰酸锂正极材料。本发明提供的尖晶石锰酸锂材料具有很高的压实密度和比容量，在常温及高温环境下都具有良好的循环性能，性能稳定，一致性好。

又如中国专利公告号CN111987305A，公开的《一种无氨化共沉淀制备高容量富锂锰基正极材料的方法》，包括以下步骤：(1)制备富锂锰基正极材料前驱体；(2)球磨混锂、喷雾造球；(3)高温固相烧结制备富锂锰基正极材料。本发明制备方法工艺简单、反应时间短、能耗少、绿色环保、有利于大规模化，采用该法制备的富锂锰基正极材料具有形貌均一、容量较高，循环稳定性较好等优势。

还有如中国专利公告号为CN114229909A，《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》，公开的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。

上述方法制备的富锂锰基正极材料其在当充电电压为4.2～4.45V的电池系统使用时，克容量不高，循环寿命不长，同时其制备方法还较繁，有的使用的原料要求是纳米级别的。因而其产品的生产制备的成本更高等等。