高锰多晶正极材料及其制备方法、动力锂离子电池

摘要

本发明公开了一种高锰多晶正极材料及其制备方法、动力锂离子电池，要解决的技术问题是提高电池的能量密度和高温循环性能。本发明的高锰多晶正极材料的通式为：LiwMnx(CoNi)yOz，Mn重量≥40％LiwMnx(CoNi)yOz重量。本发明的制备方法包括前驱体制备，单晶烧成，多晶合成。本发明的动力锂离子电池，正极活性物质为LiwMnx(CoNi)yOz，Mn重量≥40％LiwMnx(CoNi)yOz重量。本发明与现有技术相比，正极材料比能量在155Wh/Kg以上，55℃1C充放电500次循环容量保持率≥80％，25℃循环寿命≥1000次，容量保持＞80％，材料的加工性能良好，可用于自行车，电动汽车，以及风电、核电、太阳能、电网调峰等行业储能系统。

主权项

一种高锰多晶正极材料的制备方法，包括以下步骤：一、前驱体制备：将锂元素含量0.3mol的Li2CO3分散于质量浓度为2％的聚乙二醇水性胶体300ml中，转速50r/min，时间10min制成胶状体，将镍元素0.1mol的碳酸镍、锰元素0.8mol的碳酸锰，加入上述胶状体中转速60r/min，均质10min，150℃干燥10小时，球磨转速3000r/min，2min，得到锂与镍、锰的晶相前驱体1；将锂元素含量1mol的LiOH分散于质量浓度为5％的聚乙二醇水性胶体300ml中，转速60r/min，时间70min制成胶状体，将钴元素0.1mol的草酸钴、镍元素0.45mol的草酸镍、锰元素0.45mol的草酸锰，加入上述胶状体中转速50r/min，均质10min，450℃干燥10小时，球磨转速2500r/min，10min，得到锂与钴、镍、锰的晶相前驱体2；将锂元素含量0.6mol的Li2CO3分散于质量浓度为3％的聚乙二醇水性胶体250ml中，转速55r/min，时间100min制成胶状体，将镍元素0.6mol的碳酸镍、锰元素0.4mol的碳酸锰，加入上述胶状体中转速55r/min，均质10min，600℃干燥2小时，球磨转速1500r/min，30min，得到锂与镍、锰的晶相前驱体4；二、单晶烧成：将前驱体1在850℃条件下，恒温7小时，自然降温，球磨粉碎至粒度D50＝12微米，制得单晶化合物LiMn2nNi2(1‑n)O4，其中n＜1的单晶A；将前驱体2在920℃，恒温10小时，自然降温至室温，球磨粉碎至粒度D50＝18微米，制得单晶化合物LiCon(NiMn)1‑nO2，其中n＜1的单晶B；将前驱体4在1000℃条件下，恒温4小时，自然降温至室温，球磨粉碎至粒度D50＝16微米，制得单晶化合物LiNinMn1‑nO2，其中n＜1的单晶D；三、多晶合成：将单晶化合物A、单晶化 合物B和单晶化合物D按Mn含量占Co+Ni+Mn的摩尔百分含量80.3％，混合球磨转速135r/min，20min得到混合物，将Cr元素含量0.06mol的Cr(CH3COO)3溶于浓度为50％的乙醇水溶液100ml中，加入混合物，转速90r/min，时间50min搅拌均匀，于190℃条件干燥3小时，以85℃/hr升温速度升温至500℃活化3小时，形成晶相混合或共生，球磨粉碎转速1600r/min，时间3min得高锰多晶正极材料LiMn2nNi2(1‑n)O4/LiCon(NiMn)1‑nO2/LiNinMn1‑nO2的共生态多晶结构，Cr3+的离子半径为0.0615nm，在热力条件下在晶格结构中取代部分锂离子。