【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電池材料，特別是涉及一種改性富鋰錳基材料及其制備方法、正極片和電池。
技術介紹
1、鋰離子電池因其能量密度高、循環壽命長、倍率性能好等優點，在3c產品、儲能系統和動力電池領域應用廣泛。如何進一步提升鋰離子電池的能量密度和循環壽命也成為鋰離子電池領域的研究熱點。正極材料作為鋰離子電池的核心部分，對于制備高性能鋰電子電池有著至關重要的作用。
2、目前常用的正極材料有鈷酸鋰（licoo2,?lco）、鎳鈷錳三元材料（linixcoymn1-x-yo2,?ncm）、鎳鈷鋁三元材料（linixcoyal1-x-yo2,?nca）、磷酸鐵鋰（lifepo4,?lfp）和錳酸鋰（limn2o4,?lmo）等。其中，富鋰錳基材料（li-rich?ncm）的錳含量高而鎳、鈷含量低，并且存在陰陽離子兩種電荷補償機制，與鈷基材料和鎳基材料相比具有更高的比容量和更低的造價成本。但是，傳統的富鋰錳基材料仍然存在首次庫倫效率低、倍率性能差、循環穩定性差和成本偏高等問題，限制了富鋰錳基材料的商業化應用。
技術實現思路
1、基于此，有必要提供一種改性富鋰錳基材料及其制備方法、正極片和電池，以解決傳統的富鋰錳基材料所存在的首次庫倫效率低、倍率性能差、循環穩定性差和成本偏高等的問題。
2、本申請的上述目的是通過如下技術方案進行實現的：
3、本申請第一方面，提供一種改性富鋰錳基材料，包括雙堿金屬富錳基體；
4、所述雙堿金屬富錳基體的表達式為：li1+xnazmn
5、其中，0<x<0.5，0<z<0.2，0≤y≤0.1；
6、0.6≤a≤0.75，0≤b≤0.1，0.25≤c≤0.4，0<1-a-b-c≤0.05；
7、m元素包括ca、al、ba、ce、cr、cu、fe、k、la、mg、mo、te、nb、sb、sm、ta、ti、v、w、y、sn、zn和zr中的一種或多種；
8、d元素包括f、cl和s中的一種或多種；
9、所述雙堿金屬富錳基體具有o3層狀相、p2層狀相和尖晶石相，所述p2層狀相和所述尖晶石相在所述雙堿金屬富錳基體中的總質量分數為1%~15%。
10、在其中一個實施例中，所述p2層狀相均勻地分散于所述雙堿金屬富錳基體中，并與所述o3層狀相緊密接觸；
11、沿著所述雙堿金屬富錳基體的表面指向內部的方向上，所述尖晶石相的分布濃度逐漸遞減。
12、在其中一個實施例中，所述雙堿金屬富錳基體的x射線衍射圖譜滿足以下條件：
13、（1）在2θ=18°~19°處具有歸屬于o3層狀相的(003)晶面衍射峰；
14、（2）在2θ=43°~46°處具有歸屬于o3層狀相的(104)晶面衍射峰，且(104)晶面衍射峰的左側具有歸屬于尖晶石相的肩峰或寬化；
15、（3）在2θ=15.2°~16.2°處具有歸屬于p2層狀相的衍射峰；
16、（4）在2θ=20°~23°處具有歸屬于li2mno3的超晶格衍射峰。
17、在其中一個實施例中，所述m元素包括nb、w、mo、sb、cr和zr中的一種或多種。
18、在其中一個實施例中，所述改性富鋰錳基材料還包括負載于所述雙堿金屬富錳基體之上的包覆層，所述包覆層包括含有r元素的磷酸鹽、氟化物和氧化物中的一種或多種，所述r元素包括li、na、k、v、cr、mn、co、ni、mg、al、zr、w、mo、ce、la和y中的一種或多種。
19、本申請第二方面，提供一種如上所述的改性富鋰錳基材料的制備方法，包括以下步驟：
20、混合富錳前驅體、鋰源、鈉源和摻雜劑，進行第一燒結處理，得到第一中間體；
21、將所述第一中間體分散于鋰鹽溶液中進行離子交換處理，并進行固液分離處理和干燥處理，得到第二中間體；
22、對所述第二中間體進行第二燒結處理，得到雙堿金屬富錳基體；
23、其中，所述摻雜劑包括m源，或者所述摻雜劑包括m源和d源；
24、所述鋰鹽溶液中的鋰元素和所述第一中間體的質量比為（0.05~0.2）：100；
25、所述第二燒結處理的燒結溫度為300℃~700℃。
26、在其中一個實施例中，所述鋰鹽溶液中的鋰鹽包括氫氧化鋰、硝酸鋰、醋酸鋰、草酸鋰、氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰和二草酸硼酸鋰中的一種或多種。
27、在其中一個實施例中，所述鋰鹽溶液中的水和所述第一中間體的質量比為（1~5）：1。
28、在其中一個實施例中，所述離子交換處理的條件包括：溫度為0℃~25℃，時間為1min~10min。
29、在其中一個實施例中，對所述第二中間體進行第二燒結處理，包括以下步驟：
30、將所述第二中間體于300℃~700℃下保溫3h~15h，得到所述雙堿金屬富錳基體；或者，
31、混合所述第二中間和包覆劑，并于300℃~700℃下保溫3h~15h，以在所述雙堿金屬富錳基體之上形成包覆層；
32、所述包覆劑包括含有r元素的磷酸鹽、氟化物和氧化物中的一種或多種，所述r元素包括li、na、k、v、cr、mn、co、ni、mg、al、zr、w、mo、ce、la和y中的一種或多種。
33、在其中一個實施例中，所述富錳前驅體包括含有鎳元素、鈷元素和錳元素的氧化物、氫氧化物、鹽類化合物中的一種或多種。
34、在其中一個實施例中，所述鋰源包括碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰、硫酸鋰、醋酸鋰、草酸鋰、氯化鋰和氟化鋰中的一種或多種。
35、在其中一個實施例中，所述鈉源包括碳酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鈉、草酸鈉、乙酸鈉、氯化鈉和氟化鈉中的一種或多種。
36、在其中一個實施例中，所述m源包括含有m元素的氧化物、氫氧化物和鹽類化合物中的一種或多種，所述m元素包括ca、al、ba、ce、cr、cu、fe、k、la、mg、mo、te、nb、sb、sm、ta、ti、v、w、y、sn、zn和zr中的一種或多種。
37、在其中一個實施例中，所述d源包括氟化物、氯化物和硫化物中的一種或多種。
38、在其中一個實施例中，所述第一燒結處理包括以下步驟：
39、于300℃~800℃下保溫0h~10h，并于800℃~1000℃下保溫4h~20h。
40、本申請第三方面，提供一種正極片，包括如上所述的正極材料。
41、本申請第四方面，提供一種二次電池，包括如上所述的正極片。
42、本申請至少具有以下有益效果：
43、本申請提供的改性富鋰錳基材料中包括雙堿金屬富錳基體，其在傳統的富鋰錳基材料中引入na+替換部分li+，使得基體的o3層狀相部分轉化為獨特的p2層狀相，在降低成本的同時提高材料的首次庫倫效率。同時，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種改性富鋰錳基材料，其特征在于，包括雙堿金屬富錳基體；
2.如權利要求1所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述P2層狀相均勻地分散于所述雙堿金屬富錳基體中，并與所述O3層狀相緊密接觸；
3.如權利要求1所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述雙堿金屬富錳基體的X射線衍射圖譜滿足以下條件：
4.如權利要求1~3中任一項所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述M元素包括Nb、W、Mo、Sb、Cr和Zr中的一種或多種。
5.如權利要求1~3中任一項所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述改性富鋰錳基材料還包括負載于所述雙堿金屬富錳基體之上的包覆層，所述包覆層包括含有R元素的磷酸鹽、氟化物和氧化物中的一種或多種，所述R元素包括Li、Na、K、V、Cr、Mn、Co、Ni、Mg、Al、Zr、W、Mo、Ce、La和Y中的一種或多種。
6.一種如權利要求1~5中任一項所述的改性富鋰錳基材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.如權利要求6所述的改性富鋰錳基材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的一個或多個：
8.如權利要求6~7中任一項所述的改性富鋰錳基材料的制備方法，其特征在于，對所述第二中間體進行第二燒結處理，包括以下步驟：
9.如權利要求6所述的改性富鋰錳基材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的一個或多個：
10.如權利要求6所述的改性富鋰錳基材料的制備方法，其特征在于，所述第一燒結處理包括以下步驟：
11.一種正極片，其特征在于，包括如權利要求1~5中任一項所述的改性富鋰錳基材料，或者包括如權利要求6~10中任一項所述的改性富鋰錳基材料的制備方法制得的改性富鋰錳基材料。
12.一種二次電池，其特征在于，包括如權利要求11所述的正極片。
...【技術特征摘要】
1.一種改性富鋰錳基材料，其特征在于，包括雙堿金屬富錳基體；
2.如權利要求1所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述p2層狀相均勻地分散于所述雙堿金屬富錳基體中，并與所述o3層狀相緊密接觸；
3.如權利要求1所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述雙堿金屬富錳基體的x射線衍射圖譜滿足以下條件：
4.如權利要求1~3中任一項所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述m元素包括nb、w、mo、sb、cr和zr中的一種或多種。
5.如權利要求1~3中任一項所述的改性富鋰錳基材料，其特征在于，所述改性富鋰錳基材料還包括負載于所述雙堿金屬富錳基體之上的包覆層，所述包覆層包括含有r元素的磷酸鹽、氟化物和氧化物中的一種或多種，所述r元素包括li、na、k、v、cr、mn、co、ni、mg、al、zr、w、mo、ce、la和y中的一種或多種。
6.一...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張聞煦，董亮辰，陳逸翀，劉磊磊，任夏輝，馮道言，
申請(專利權)人：寧波容百新能源科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。