一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池制造，尤其是涉及一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、近几年来，锂离子电池已经在3c、储能、动力方向等得到了广泛应用，且越来越受到重视。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，随着市场的发展，相比于目前商业化广泛的三元锂电池，尖晶石结构的锂镍锰氧化物lini0.5mn1.5o4(lnmo)被认为是下一代锂离子电池最有前途的阴极材料，由于其丰富的原材料，优越的速率能力及快速的三维锂离子传导，最重要的是其高能量密度，高的放电平台约4.7v。镍锰酸锂材料作为正极材料时，其具有与锰酸锂相似的尖晶石结构，在电池长期循环中，过渡金属镍、锰元素容易从材料中溶出，且容易发生jahn-taller效应。

2、为了充分利用镍锰酸锂材料，克服锰溶解和歧化问题，增加结构稳定性表面包覆是一种有效的策略。然而，较为常见的氧化铝等氧化物包覆虽然能够稳定循环，但由于其相当绝缘的性质，不利于锂离子的快速脱嵌能力。因此，本发明提出了一种钇元素掺杂，纳米磷酸锰、磷酸镍包覆镍锰酸锂的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过钇掺杂、磷酸镍+磷酸锰包覆得到的镍锰酸锂正极材料及其制备方法，提升其结构稳定性，热稳定性，改善其制备成电池的循环性能、倍率性能，制备方法简单，成本低，易于产业化。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

3、一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1、按y：ni：mn元素的计量比称取钇源、镍源、锰源，将三种原料分别溶解于水中，向柠檬酸水溶液中滴加钇源水溶液、镍源水溶液和锰源水溶液，微波辅助加热使胶液温度控制在60℃-80℃，搅拌一段时间后，滴加碳酸氢钠水溶液和氨水控制调节ph＝7-8，共沉淀一段时间后，依次经过过滤、干燥、球磨后得到初步钇掺杂的镍锰酸锂前驱体；

5、s2、将步骤s1中得到的前驱体与锂源混合，经煅烧、退火、粉碎得到初级镍锰酸锂正极材料；

6、s3、将磷酸镍、磷酸锰球磨成纳米粉体，通过喷雾干燥方式均匀包覆于初级镍锰酸锂正极材料表面，然后依次经烘干，煅烧，退火，粉碎，筛分，除磁得到钇掺杂、磷酸锰+磷酸镍包覆的镍锰酸锂正极材料。

7、采用上述技术方案，在镍锰酸锂前躯体合成阶段，通过元素钇掺杂到原材料中，稳定材料结构，提高材料的热稳定性，并经微波辅助加热，得到具有不同表面取向优先生长的纳米前驱体，前驱体与锂源混合在高温下煅烧，得到初步的镍锰酸锂正极材料，再经纳米磷酸锰、磷酸镍表面包覆，由于过渡金属磷酸盐提供了较高的锂离子电导率，最终得到工作电压平台高、循环稳定性好、高倍率的镍锰酸锂正极材料。

8、作为优选，所述步骤s1中的钇源为碳酸钇；镍源为硫酸镍、硝酸镍或氯化镍中的一种或几种混合物；锰源为硫酸锰、硝酸锰或氯化锰中的一种或几种混合物。

9、作为优选，所述步骤s1中y与ni、mn元素摩尔比为0.005：1：1.5

10、作为优选，所述步骤s1中的搅拌时间至少为3h；共沉淀时间至少为6h。

11、作为优选，所述步骤s2中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂中的一种或几种混合物。

12、作为优选，所述步骤s2中的煅烧温度为850℃-950℃。

13、作为优选，所述步骤s3中0.005：0.005：1<磷酸镍：磷酸锰：初级镍锰酸锂正极材料<0.02：0.02：1。

14、作为优选，所述步骤s3中的烘干时的温度控制在60℃-80℃，煅烧温度为550-650℃，退火时间为4-6h。

15、作为优选，所述步骤s3中球磨的球料比为(1-50)：1，转速为500r/min-800r/min，时间为2-8h；筛分网筛为300目。

16、一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料，包括上述的制备方法制备而成的镍锰酸锂正极材料。

17、与现有技术相比，本发明的优点在于：

18、1、钇掺杂的前驱体制备过程中，通过微波辅助加热使共沉淀过程中浆料受热更均匀，钇元素能够均匀的掺杂分布于前驱体的核结构中，钇元素的掺杂能提升材料的热稳定性。

19、2、本发明通过磷酸锰、磷酸镍的包覆镍锰酸锂正极材料，提升锂离子的电导率，与铭元素掺杂增加晶体的层间距产生协同作用，极大的提升了钾离子的快速脱嵌能力，提升材料的倍率性能。同时磷酸锰、磷酸镍包覆能抑制过渡金属溶解，提升材料的结构稳定性，p-0键起到固氧的作用，抑制循环过程中正极材料的释氧和产气。

20、3、本发明方法简单，成本低，产品性能优异，适用于产业化。

技术特征：

1.一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的钇源为碳酸钇；镍源为硫酸镍、硝酸镍或氯化镍中的一种或几种混合物；锰源为硫酸锰、硝酸锰或氯化锰中的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中y与ni、mn元素摩尔比为0.005：1：1.5

4.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的搅拌时间至少为3h；共沉淀时间至少为6h。

5.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂中的一种或几种混合物。

6.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中的煅烧温度为850℃-950℃。

7.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中0.005：0.005：1<磷酸镍：磷酸锰：初级镍锰酸锂正极材料<0.02：0.02：1。

8.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中的烘干时的温度控制在60℃-80℃，煅烧温度为550-650℃，退火时间为4-6h。

9.根据权利要求1所述的一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中球磨的球料比为(1-50)：1，转速为500r/min-800r/min，时间为2-8h；筛分网筛为300目。

10.一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备而成的镍锰酸锂正极材料。

技术总结
本发明公开了一种高电压高倍率镍锰酸锂正极材料及其制备方法，包括步骤S1、按Y：Ni：Mn元素的计量比称取钇源、镍源、锰源，将三种原料分别溶解于水中，向柠檬酸水溶液中滴加钇源水溶液、镍源水溶液和锰源水溶液，微波辅助加热使胶液温度控制在60℃‑80℃，搅拌一段时间后，滴加碳酸氢钠水溶液和氨水控制调节pH＝7‑8，共沉淀一段时间后，依次经过过滤、干燥、球磨后得到初步钇掺杂的镍锰酸锂前驱体；S2、将步骤S1中得到的前驱体与锂源混合，经煅烧、退火、粉碎得到初级镍锰酸锂正极材料；S3、将磷酸镍、磷酸锰球磨成纳米粉体，通过喷雾干燥方式均匀包覆于初级镍锰酸锂正极材料表面，依次经烘干，煅烧，退火，粉碎，筛分，除磁得到镍锰酸锂正极材料。

技术研发人员：杨亮亮,林久,张永龙,丁超,余冬冬,顾宁峰,戈志敏
受保护的技术使用者：浙江锋锂新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17