一种镍锰酸锂材料及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明涉及锂离子电池，尤其是涉及一种镍锰酸锂材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、高能量密度是锂离子电池的发展方向，而正极材料是提升锂离子电池能量密度的关键。目前主要有两种优化方法：一种是提高正极材料的比容量，另一种是提高正极材料的电压平台。尖晶石型lini0.5mn1.5o4（lnmo）正极材料具有较高的放电电压平台，理论容量可达到147mah/g，能提供较高的能量密度，是具有潜力的锂离子电池正极材料之一，因此成为了锂离子电池正极材料研究的重点。但是该材料在高电压下，容易与电解液发生反应，导致其界面结构不稳定，从而影响其循环性能，阻碍了它的商业化进程。

2、元素掺杂是一种有效增强lnmo正极材料电化学性能的方法，能有效解决一系列表界面化学带来的问题。公开号为cn102569776b的专利先将先镍源、锰源及掺杂元素化合物溶液通过水热反应制备得到类球形镍锰碳酸盐共沉淀，随后通过固相烧结得到元素掺杂的球形高电压正极材料尖晶石镍锰酸锂，改善了材料的倍率性能。上述掺杂方法虽然对材料性能有一定的提升，但加入的掺杂元素往往是聚集在材料表面，而不能对材料的晶体结构起到调控作用；并且掺杂工艺复杂。

3、有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种镍锰酸锂材料的制备方法，能够将掺杂元素体相掺杂到镍锰酸锂材料中，从而提高材料的性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种镍锰酸锂材料，通过体相掺杂，提高了材料的结构稳定性和热稳定性，改善了材料的循环性能和倍率性能。

3、本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池，具有优异的循环性能和倍率性能。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明提供了如上所述的镍锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、锰盐、含有掺杂元素的金属盐、氟化铵和尿素进行水热反应，得到层状双氢氧化合物；

7、s2、所述层状双氢氧化合物煅烧后，得到金属复合氧化物；

8、s3、所述金属复合氧化物、镍源和锂源烧结后，得到所述镍锰酸锂材料。

9、进一步地，步骤s1中，所述含有掺杂元素的金属盐中的掺杂元素包括al、fe、co、mg、zn、ti、cr、cu和zr中的至少一种。

10、进一步地，步骤s1中，所述锰盐、所述含有掺杂元素的金属盐、所述氟化铵和所述尿素的摩尔比为1：（0.01~0.2）：（3~6）：（8~15）。

11、进一步地，步骤s1中，所述水热反应的温度为100~150℃；

12、和/或，所述水热反应的时间为4~10h。

13、进一步地，步骤s2中，所述煅烧包括：在400~700℃下煅烧1~5h。

14、进一步地，步骤s3中，所述金属复合氧化物中mn元素、所述镍源中ni元素和所述锂源中li元素的摩尔比为（1.25~1.485）：0.5：（1~1.1）。

15、进一步地，步骤s3中，所述烧结包括：在700~1000℃下进行第一保温处理3~10h后，在400~700℃下进行第二保温处理2~5h。

16、本发明还提供了一种镍锰酸锂材料，采用如上所述的镍锰酸锂材料的制备方法制得。

17、进一步地，包括以下特征（1）至（3）中的至少一种；

18、（1）所述镍锰酸锂材料中体相掺杂有掺杂元素；

19、（2）所述镍锰酸锂材料为mn位掺杂的镍锰酸锂材料；

20、（3）所述镍锰酸锂材料中，所述掺杂元素和mn元素的原子比为（0.01~0.2）：1。本发明还提供了一种锂离子电池，包括如上所述的镍锰酸锂材料。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、本发明的镍锰酸锂材料的制备方法，通过在mn位体相掺杂有掺杂元素，能够对材料的晶体结构进行调控，改善了材料的结构稳定性和热稳定性，提高了材料的循环性能和倍率性能，将其用于锂离子电池的正极材料，有利于提高电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述含有掺杂元素的金属盐中的掺杂元素包括al、fe、co、mg、zn、ti、cr、cu和zr中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述锰盐、所述含有掺杂元素的金属盐、所述氟化铵和所述尿素的摩尔比为1：（0.01~0.2）：（3~6）：（8~15）。

4.根据权利要求1所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述水热反应的温度为100~150℃；

5.根据权利要求1所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述煅烧包括：在400~700℃下煅烧1~5h。

6.根据权利要求1所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述金属复合氧化物中mn元素、所述镍源中ni元素和所述锂源中li元素的摩尔比为（1.25~1.485）：0.5：（1~1.1）。

7.根据权利要求1所述的镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述烧结包括：在700~1000℃下进行第一保温处理3~10h后，在400~700℃下进行第二保温处理2~5h。

8.一种镍锰酸锂材料，其特征在于，采用权利要求1~7任一项所述的镍锰酸锂材料的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的镍锰酸锂材料，其特征在于，包括以下特征（1）至（3）中的至少一种；

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求8或9所述的镍锰酸锂材料。

技术总结本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种镍锰酸锂材料及其制备方法和锂离子电池。本发明提供的一种镍锰酸锂材料的制备方法，包括如下步骤：S1、锰盐、含有掺杂元素的金属盐、氟化铵和尿素进行水热反应，得到层状双氢氧化合物；S2、所述层状双氢氧化合物煅烧后，得到金属复合氧化物；S3、所述金属复合氧化物、镍源和锂源烧结后，得到所述镍锰酸锂材料。本发明的镍锰酸锂材料的制备方法，通过体相掺杂能够对材料的晶体结构进行调控，从而改善了材料的结构稳定性和热稳定性，提高了材料的循环性能和倍率性能，将其用于锂离子电池的正极材料，有利于提高电池的电化学性能。技术研发人员：马勇,胡建伟,李云明受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29