[发明专利]一种无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用，所述无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料包括镍锰前驱体、锂源和掺杂剂；所述掺杂剂对应的掺杂元素分为阳离子掺杂、阴离子掺杂和阴阳离子共掺杂；阳离子掺杂为掺杂元素的电负性比Mn的电负性小；阴离子掺杂为掺杂元素的电负性比O的电负性大；阴阳离子共掺杂为阳离子掺杂元素的电负性要比Mn的电负性小，阴离子掺杂元素的电负性要比O的电负性大；所述无钴尖晶石镍锰酸锂的通式为M，N‑LiNi_0.5Mn_1.5O₄；其中，通式中，M为阳离子掺杂的掺杂元素，N为阴离子掺杂的掺杂元素。本发明提供的一种无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用，具有具有对环境友好，成本低和稳定性良好等优点。

技术领域

本发明涉及无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料技术领域，具体涉及一种无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着市场对新能源动力汽车需求的提高，锂离子电池得到了许多科研人员的关注。众所周知，对于锂离子电池负极材料的研究远远多于正极材料，但是正极材料也同样重要。由于具有优异的容量和倍率性能，NCM三元正极材料是目前被使用最广泛的材料。

在NCM材料中，Co的含量显著影响材料的离子导电性，Co含量越高，材料离子导电性越好，充放电倍率性能好。但是Co本身具有放射性，对环境不友好，且其价格也持续高涨，NCM材料的大规模应用受到了一定的影响。因此，在保证高容量高稳定性的条件下，减少Co的含量甚至是不含Co是当前研究的趋势。

无钴尖晶石镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄，具有较高的工作电压以及高压带来的高能量在众多材料中脱颖而出。但是无钴尖晶石镍锰酸锂在循环过程中存在容量衰退问题，需进一步改善。

目前常见的正极材料改性方法有包覆、掺杂、结构优化等，其中掺杂是一种简单且高效的方法。通过掺杂引进其他电负性不同的元素可以在电子结构层面去改善材料的电化学稳定性。

发明内容

为了克服无钴尖晶石镍锰酸锂在循环过程中容量衰退的问题，本发明提供一种无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用，具有对环境友好，成本低和高稳定性优点。

为了达到上述目的，本发明提供一种无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料，所述无钴尖晶石镍锰酸锂正极材料包括镍锰前驱体、锂源和掺杂剂；所述掺杂剂对应的掺杂元素分为阳离子掺杂、阴离子掺杂和阴阳离子共掺杂；阳离子掺杂为掺杂元素的电负性比Mn的电负性小；阴离子掺杂为掺杂元素的电负性比O的电负性大；阴阳离子共掺杂为阳离子掺杂元素的电负性要比Mn的电负性小，阴离子掺杂元素的电负性要比O的电负性大；所述无钴尖晶石镍锰酸锂的通式为M，N-LiNi_0.5Mn_1.5O₄；其中，通式中，M为阳离子掺杂的掺杂元素，N为阴离子掺杂的掺杂元素。

依照本发明的一个方面，所述通式中，M为Mg、Sc、Zr、Y、Sr的一种或多种，N为F。

依照本发明的一个方面，所述锂源中的Li与镍锰前驱体中的Ni、Mn元素的摩尔比为(0.50～0.70)：1。

依照本发明的一个方面，所述镍锰前驱体的化学式为Ni_0.25Mn_0.75(OH)₂、D₅₀范围为9.5～11.5μm以及BET范围为13～16m²/g。

依照本发明的一个方面，所述锂源为Li₂CO₃或LiOH。

依照本发明的一个方面，所述掺杂元素Mg、Sc、Zr、Y、Sr、F对应的掺杂剂为MgO、Sc₂O₃、ZrO₂、Y₂O₃、SrO、LiF。