富锰碳酸盐前驱体、锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备与流程

本技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种富锰碳酸盐前驱体、锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。

背景技术：

1、lmr是富锂锰层状氧化物的英文缩写，它具有高容量和低成本的优势，使得人们对其关注度日益提高。研究发现，富锂锰层状氧化物也具有明显的缺点，例如放电容量低、电池多次充放电后容量衰减快等，这使得此种材料的研究还主要停留在实验室阶段。

2、富锰碳酸盐是制备富锂锰层状氧化物的重要原料，富锰碳酸盐的性能很大程度上决定了富锂锰层状氧化物的性能。

3、因此，人们迫切的需要解决上述问题，以进一步实现商业化。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种富锰碳酸盐前驱体、锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本技术采用以下技术方案：

3、一种富锰碳酸盐前驱体，所述富锰碳酸盐前驱体中锰含量与所述富锰碳酸盐前驱体中总金属含量的摩尔比≥50％；所述富锰碳酸盐前驱体包括由多个一次颗粒组成的二次颗粒；所述富锰碳酸盐前驱体的有效孔隙度为10％-25％。

4、可选地，所述富锰碳酸盐前驱体满足以下条件中的一个或多个：

5、a.所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒的内部孔隙率不高于1％；

6、b.所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒的表面具有凹陷部和凸起部；

7、c.所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒的内部致密排布；

8、d.所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒中一次颗粒的平均长度为10-70nm；可选地，所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒中表面一次颗粒的平均长度为10-70nm；

9、e.所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒中一次颗粒的平均宽度为5-40nm；可选地，所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒中表面一次颗粒的平均宽度为5-40nm；

10、f.所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒中一次颗粒的平均长宽比为(1.2-2.0)：1；可选地，所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒中表面一次颗粒的平均长宽比为(1.2-2.0)：1。

11、可选地，所述富锰碳酸盐前驱体满足以下条件中的一个或多个：

12、a.所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒在147.7mpa下的颗粒破裂度不高于10％；可选地，所述富锰碳酸盐前驱体的二次颗粒在147.7mpa下的颗粒破裂度不高于5％；

13、b.所述富锰碳酸盐前驱体的压实密度为1.8-2.2g/cm3；

14、c.所述富锰碳酸盐前驱体的平均粒径d50为8-20μm；可选地，所述富锰碳酸盐前驱体的平均粒径d50为10-15μm；

15、d.所述富锰碳酸盐前驱体的粒度分布span＝(d90-d10)/d50为0.4-0.8；

16、e.所述富锰碳酸盐前驱体的化学式为nixcoymnzmtco3，其中，0≤x＜0.5，0≤y＜0.5，0.5≤z＜1，0≤t≤0.1，x+y+z+t≤1，m为mg、ni、al、co、ti、zr、mo、cr、w、b、ba、nb、sr、la、ta中的至少一种。

17、本技术还提供一种所述的富锰碳酸盐前驱体的制备方法，包括：

18、将金属盐溶液、碳酸盐沉淀剂、络合剂加入到底液中进行共沉淀反应，反应过程中连续排出母液；

19、后处理得到所述富锰碳酸盐前驱体。

20、可选地，所述富锰碳酸盐前驱体的制备方法满足以下条件中的一个或多个：

21、(1)所述金属盐溶液包括锰金属盐；

22、(2)所述金属盐溶液中还包括掺杂元素，所述掺杂元素为mg、ni、al、co、ti、zr、mo、cr、w、b、ba、nb、sr、la、ta中的一种或多种；

23、(3)所述金属盐溶液中的总金属摩尔含量为1.5-2.5mol/l；

24、(4)所述碳酸盐沉淀剂包括碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种；

25、(5)所述络合剂包括碳酸氢铵、氨水、草酸、乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种；

26、(6)所述底液包括纯水、碳酸盐沉淀剂、络合剂中的一种或多种；

27、(7)所述底液的ph为8-9；

28、(8)所述底液中络合剂浓度为20-130g/l；

29、(9)所述金属盐溶液的流速为反应釜体积的1-15％/h；

30、(10)所述金属盐溶液、所述碳酸盐沉淀剂、所述络合剂的流速比为1:(1.4-1.6):(0.1-0.5)；

31、(11)所述共沉淀反应的体系ph为8-9；

32、(12)所述共沉淀反应的温度为40-75℃；

33、(13)所述共沉淀反应的搅拌速率为100-400r/min；

34、(14)所述后处理包括洗涤和干燥。

35、本技术还提供一种锂离子电池正极材料，其原料包括所述的富锰碳酸盐前驱体。

36、可选地，所述锂离子电池正极材料满足以下条件中的一个或多个：

37、(1)所述锂离子电池正极材料的比表面积为2.0-6.5m2/g；

38、(2)所述锂离子电池正极材料的压实密度为2.8-3.0g/cm3。

39、本技术还提供一种所述的锂离子电池正极材料的制备方法，包括：

40、将所述富锰碳酸盐前驱体与锂源混合，烧结得到所述锂离子电池正极材料；

41、可选地，所述锂离子电池正极材料的制备方法满足以下条件中的一个或多个：

42、(1)所述锂源包括碳酸锂和/或氢氧化锂；

43、(2)所述富锰碳酸盐前驱体中总金属含量m总与所述锂源中的li的摩尔比值为m总：li＝1：(1.2-1.8)；

44、(3)所述烧结的升温速率为1-5℃/min；

45、(4)所述烧结的温度为700-1000℃，时间为10-20h。

46、本技术还提供一种锂离子电池，其原料包括所述的锂离子电池正极材料。

47、本技术还提供一种涉电设备，包括所述的锂离子电池。

48、与现有技术相比，本技术的有益效果包括：

49、本技术提供的富锰碳酸盐前驱体二次颗粒与表面连通孔的孔体积较高，其前驱体的有效孔隙度高，便于烧结后的正极材料的电解液渗透，有利于li+的嵌入和脱嵌，提升容量性能。但前驱体的有效孔隙度过高，对应的二次颗粒与表面连通孔的孔容太高，孔分布太多，可能会导致二次颗粒结构强度降低，抗压能力变差，易产生裂纹，不利于改善烧结后的正极材料的循环性能。

50、本技术的前驱体材料中的孔可以分为两种：一种是与二次颗粒表面连通的开放孔，另一种是不与二次颗粒表面连通的封闭孔。由于二次颗粒是由多个一次颗粒堆积而成，一次颗粒之间或多或多存在间隙，所以封闭孔的数量和体积很少，与开放孔相比，可以忽略。相比封闭孔，开放孔便于电解液的渗入，有利于li+的嵌入和脱嵌，提升容量性能；即开放孔对改善容量贡献较大，即将开放孔视为有效孔，封闭孔视为无效孔。同时开放孔的体积可以通过氮气吸附法来进行测试，因此，本技术中有效孔的体积占比通过“前驱体的有效孔隙度”来体现，前驱体的有效孔隙度＝有效孔的孔容/二次颗粒体积×100％。

51、本技术中，前驱体由多个二次颗粒构成，本技术中所述的前驱体的有效孔隙度即为二次颗粒的有效孔隙度。

52、本技术提供的富锰碳酸盐前驱体的制备方法，采用共沉淀法制备，通过控制络合剂、沉淀剂种类，可将制备得到的富锰碳酸盐前驱体二次颗粒与表面连通孔的孔体积控制在一定范围内，承继该碳酸盐前驱体结构的正极材料制备成电池后，可改善容量性能。

53、本技术提供的锂离子电池正极材料，以上述富锰碳酸盐前驱体作为原料，能够有效提升容量性能。

54、本技术提供的锂离子电池和涉电设备，电性能优异。