本發(fā)明涉及鋰離子電池領域，具體地涉及一種制備層狀/巖鹽共生結構的富鋰錳基材料的方法及富鋰錳基材料、正極和鋰離子電池。

背景技術：

1、鋰離子電池具有較高的質量能量密度和體積能量密度，能夠在較小的體積和重量內(nèi)存儲更多的電能，如目前常見的鋰離子電池能量密度可達200-300wh/kg，相比傳統(tǒng)的鉛酸電池等能量密度大幅提升，這使其成為便攜式電子設備、電動汽車等領域的理想選擇，滿足了人們對長續(xù)航、小型化、輕量化的需求。

2、目前鋰離子電池的正極一般采用磷酸鐵鋰和高鎳三元材料，但是磷酸鐵鋰的比容量較低，而高鎳三元材料由于含有昂貴的ni元素，其成本一般較高，因此這兩類材料無法滿足下一代新能源汽車的需求。富鋰錳基材料的放電比容量可達300mah/g以上，遠超目前商業(yè)化應用的磷酸鐵鋰和高鎳三元等正極材料，能大幅提升電池的能量密度，滿足電動汽車等領域對長續(xù)航的需求，同時該材料具有較寬的電壓窗口，一般在2.0-4.8v之間，與高比容量相結合，使其在能量密度方面更具優(yōu)勢，能進一步提高電池的輸出電壓和能量，從而提升電池的整體性能，并且由于mn元素價格較低，使得富鋰錳基正極材料具有極大的成本優(yōu)勢。

3、然而，富鋰錳基材料也存在一系列問題，富鋰錳基材料作為一種典型的層狀結構材料，在循環(huán)過程中，由于層狀結構的各層之間存在著相對較弱的相互作用力，在反復的鋰離子嵌入與脫嵌過程中，容易引發(fā)結構的形變與坍塌，最終表現(xiàn)為循環(huán)性能較差。同時，富鋰錳基材料的層狀結構對鋰離子的擴散存在一定的阻礙作用，使得鋰離子的遷移速率無法滿足大倍率充放電的要求，嚴重制約了富鋰錳基材料在對倍率性能要求較高的應用場景中的使用。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的富鋰錳基材料的層狀結構導致的循環(huán)性能較差的問題，提供一種制備層狀/巖鹽共生結構的富鋰錳基材料的方法及富鋰錳基材料、正極和鋰離子電池，該方法制得的富鋰錳基材料具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種制備層狀/巖鹽共生結構的富鋰錳基材料的方法，其中，所述方法包括：

3、將包含有過渡金屬元素的前驅體和鋰源混合獲得混合物，其中，所述前驅體中過渡金屬元素的總摩爾量與所述鋰源中鋰元素的摩爾量之比為1:1.57-1.7；

4、將所述混合物依次進行第一煅燒和第二煅燒獲得材料ⅱ，然后將導電物與所述材料ⅱ復合獲得導電復合物，通電后使所述導電復合物在400-600℃反應2-3s，進行快速焦耳熱處理，獲得富鋰錳基材料。

5、本發(fā)明第二方面提供一種根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的制備方法制得的富鋰錳基材料，其中，所述富鋰錳基材料具有層狀巖鹽共生結構，其中，基于所述富鋰錳基材料的總量，巖鹽結構占比為5-15wt％。

6、本發(fā)明第三方面提供一種正極，其中，包括本發(fā)明第二方面所述的富鋰錳基材料。

7、本發(fā)明第四方面提供一種鋰離子電池，其中，包括本發(fā)明第三方面所述的正極。

8、本發(fā)明提供的制備方法，通過控制過渡金屬元素的總摩爾量與鋰元素的摩爾量之比，同時結合快速焦耳熱在預設的溫度下進行處理，從而使得制得的材料，可實現(xiàn)大的充放電容量、高倍率性能及良好的循環(huán)性能和穩(wěn)定性。

9、本發(fā)明提供的方法具有操作簡單、能耗低、合成效率高、短時快速等優(yōu)點，利于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，且對環(huán)境危害較小。

技術特征：

1.一種制備層狀/巖鹽共生結構的富鋰錳基材料的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第二煅燒的溫度大于所述第一煅燒的溫度，且二者的溫度差不小于300℃；

3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述通電時采用直流或交流電源，通電電流為20-80a，持續(xù)時間為2-3s；

4.根據(jù)權利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，所述第一煅燒的溫度為400-500℃，時間為4-5h。

5.根據(jù)權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中，所述第二煅燒的溫度為800-900℃，時間為12-14h。

6.根據(jù)權利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，所述導電物包括導電金屬、導電無機非金屬、導電高分子聚合物中的任意一種；

7.根據(jù)權利要求1-6中任意一項所述的方法，其中，所述前驅體為碳酸鹽和/或氫氧化鹽；

8.一種根據(jù)權利要求1-7中任意一項所述的方法制得的富鋰錳基材料，其特征在于，所述富鋰錳基材料具有層狀巖鹽共生結構，其中，基于所述富鋰錳基材料的總量，巖鹽結構占比為5-15wt％。

9.一種正極，其特征在于，包括權利要求8所述的富鋰錳基材料。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權利要求9所述的正極。

技術總結
本發(fā)明涉及鋰離子電池領域，公開了一種制備層狀/巖鹽共生結構的富鋰錳基材料的方法及富鋰錳基材料、正極和鋰離子電池，方法包括將包含有過渡金屬元素的前驅體和鋰鹽混合獲得混合物，其中，前驅體中過渡金屬元素的總摩爾量與鋰源中鋰元素的摩爾量之比為1:1.57?1.7，將混合物依次進行第一煅燒和第二煅燒獲得材料Ⅱ，然后將導電物與材料Ⅱ復合獲得導電復合物，通電后使導電復合物在400?600℃反應2?3s，本發(fā)明提供的制備方法，通過控制過渡金屬元素的總摩爾量與鋰元素的摩爾量之比，同時結合快速焦耳熱在預設的溫度下進行處理，從而使得制得的材料可實現(xiàn)大的充放電容量、高倍率性能及良好的循環(huán)性能和穩(wěn)定性。

技術研發(fā)人員：李寧,馬思遠,王萌,蘇岳鋒,吳鋒,李永健,孫鑫格,毋紹博,何繼壯
受保護的技術使用者：北京理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15