富锂锰基正极材料及其制备方法、正极极片、电池和电子设备与流程

本申请涉及电化学，特别是涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法、正极极片、电池和电子设备。

背景技术：

1、锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、安全性好和无记忆效应等优点，已在便携式电子设备、电动汽车和混合动力汽车等领域获得了巨大的成功。目前，在二次电池中，富锂锰基正极材料因其具有较高的放电比容量、较高的工作电压和优异的体积比能量，因而可作为高能量密度锂离子电池的具有发展前景的正极材料之一。然而，传统的富锂锰基正极材料通常存在首次库伦效率和放电比容量较低、循环稳定性较差、放电电压衰减等问题，阻碍了其在锂离子电池领域的进一步发展。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种富锂锰基正极材料及其制备方法、正极极片、电池和电子设备，可以在传统富锂锰基正极材料的基础上，获得首次库伦效率、放电比容量和循环稳定性的有效提升，以及放电电压衰减的有效降低。

2、本申请的第一方面提供了一种富锂锰基正极材料，其特征在于，包括：

3、锂镍锰氧化物；和

4、包覆所述锂镍锰氧化物至少部分表面的包覆层，所述锂镍锰氧化物满足化学式li1+x(ni1-zmnz)y-bmbo2，0<x<0.25，0.75<y<1，0.75<x+y<1.2，0.6<z<1，0<b<0.1；且所述锂镍锰氧化物中包含掺杂元素m，所述掺杂元素m包括ti、zr、ta、la和sr中的一种或多种，所述包覆层中包含ta2o5。

5、在本申请的一些实施方式中，所述富锂锰基正极材料中，所述掺杂元素的含量为100ppm~10000ppm，可选为2000ppm~8000ppm。

6、在本申请的一些实施方式中，所述包覆层满足如下条件中的至少一者：

7、（1）所述包覆层中还包含快离子导体litao3；

8、（2）所述包覆层的厚度<29nm，可选为5nm~25nm。

9、在本申请的一些实施方式中，所述锂镍锰氧化物与所述包覆层的质量比为1:(0.01~0.05)。

10、本申请的第二方面提供了一种制备富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，包括：

11、将包含锂镍锰氧化物和ta2o5的第一混合料进行烧结处理，在所述锂镍锰氧化物的至少部分表面上形成包含所述ta2o5的包覆层，制备所述富锂锰基正极材料；

12、其中，所述锂镍锰氧化物满足化学式li1+x(ni1-zmnz)y-bmbo2，0<x<0.25，0.75<y<1，0.75<x+y<1.2，0.6<z<1，0<b<0.1；且所述锂镍锰氧化物中包含掺杂元素m，所述掺杂元素m包括ti、zr、ta、la和sr中的一种或多种。

13、在本申请的一些实施方式中，所述烧结处理满足如下条件中的至少一者：

14、（1）所述烧结处理的温度为550℃~650℃；

15、（2）所述烧结处理的时间为5h~8h；

16、（3）所述烧结处理的气氛包括氧气气氛。

17、在本申请的一些实施方式中，所述锂镍锰氧化物的制备方法包括：

18、将第二混合料进行煅烧处理，制备所述锂镍锰氧化物，所述第二混合料包含镍锰前驱体、锂源和含所述掺杂元素的无机化合物；

19、可选地，所述镍锰前驱体满足化学式ni1-z’mnz’(oh)2，0.6<z’<1；

20、可选地，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硫酸锂、氯化锂和硝酸锂中的一种或多种；

21、可选地，所述含所述掺杂元素的无机化合物包括tio2、zro2、ta2o5、la2o3和sro中的一种或多种；

22、可选地，所述煅烧处理包括：将所述第二混合料先后进行第一阶段热处理和第二阶段热处理；

23、进一步可选地，所述第一阶段热处理的温度为500℃~600℃，所述第一阶段热处理的保温时间为3h~6h；

24、进一步可选地，所述第二阶段热处理的温度为800℃~950℃，所述第二阶段热处理的保温时间为12h~20h；

25、进一步可选地，所述第一阶段热处理和所述第二阶段热处理的升温速率各自独立地为2℃/min~5℃/min；

26、可选地，所述煅烧处理的气氛包括氧气气氛。

27、本申请的第三方面提供了一种正极极片，包括本申请第一方面所述的富锂锰基正极材料或通过本申请第二方面所述的方法制备的富锂锰基正极材料。

28、本申请的第四方面提供了一种电池，包括第三方面所述的正极极片。

29、本申请的第五方面提供了一种电子设备，包括本申请第四方面所述的电池。

30、本申请的电子设备包括本申请提供的电池，因而至少具有与所述电池相同的优势。

31、本申请提供的富锂锰基正极材料包括含特定掺杂元素（ti、zr、ta、la和sr中的一种或多种）的锂镍锰氧化物和含特定包覆物（ta2o5）的包覆层，即对锂镍锰氧化物进行特定元素的掺杂改性和特定包覆物的包覆改性。其中，特定元素的掺杂改性和特定包覆物的包覆改性间具有协同作用，可协同抑制富锂锰基正极材料与电解质的副反应、以及循环中的不可逆相变的发生，由此可使材料的li+扩散系数、结构稳定性、充放电比容量、首次库伦效率以及循环性能均得到显著提高，并使放电电压衰减得到有效降低。

技术特征：

1.一种富锂锰基正极材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料中，所述掺杂元素的含量为100ppm~10000ppm，可选为2000ppm~8000ppm。

3.根据权利要求1或2所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述包覆层满足如下条件中的至少一者：

4.根据权利要求1或2所述的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述锂镍锰氧化物与所述包覆层的质量比为1:(0.01~0.05)。

5.一种制备富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述烧结处理满足如下条件中的至少一者：

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述锂镍锰氧化物的制备方法包括：

8.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的富锂锰基正极材料或通过权利要求5-7任一项所述的方法制备的富锂锰基正极材料。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述的正极极片。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的电池。

技术总结本申请提供一种富锂锰基正极材料及其制备方法、正极极片、电池和电子设备，富锂锰基正极材料包括锂镍锰氧化物；和包覆所述锂镍锰氧化物至少部分表面的包覆层，所述锂镍锰氧化物满足化学式Li<subgt;1+x</subgt;(Ni<subgt;1‑z</subgt;Mn<subgt;z</subgt;)<subgt;y‑b</subgt;M<subgt;b</subgt;O<subgt;2</subgt;，0<x<0.25，0.75<y<1，0.75<x+y<1.2，0.6<z<1，0<b<0.1；且所述锂镍锰氧化物中包含掺杂元素M，所述掺杂元素M包括Ti、Zr、Ta、La和Sr中的一种或多种，所述包覆层中包含Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;。本申请提供的富锂锰基正极材料，可以在传统富锂锰基正极材料的基础上，获得首次库伦效率、放电比容量和循环稳定性的有效提升，以及放电电压衰减的有效降低。技术研发人员：韩志颖,李红磊,吕菲,徐宁受保护的技术使用者：天津巴莫科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25