本技术公开了一种二次球型富锂锰基正极材料及其制备方法与应用。本发明方法采用离子交换法制备得到一次颗粒为厚板状的二次球型富锂锰基正极材料,这种方法通过协同利用二次颗粒设计和晶格设计的方案缓解了富锂锰基正极材料的结构和性能衰减问题。通过对产品的测试实验结果表明,本发明制备的一次颗粒为厚板状的二次球型富锂锰基正极材料具有小的比表面积,高的力学稳定性,有助于提高材料的能量密度和循环稳定性,降低电压衰减的问题。
背景技术
锂离子电池作为最不可或缺的部件,在各种便携式电子设备、电动汽车和大规模储能中发挥着至关重要的作用,但传统的正极材料已经难以满足现代社会对高比能的需求。如今,富锂层状氧化物已成为下一代正极材料的重要选择之一,其高能量密度可达1000Wh kg-1
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在富锂锰基多晶材料中,因存在较多的晶界,这会在反复嵌脱锂的过程中导致晶间裂纹的形成,增加电化学活性表面的暴露,从而促进副反应的发生并加速结构退化。与多晶相比,富锂锰基单晶材料具有更高的结晶度和较少的晶界,有助于提高机械稳定性和减少表面缺陷,从而在长期循环中保持较好的结构完整性。但在较大单晶颗粒中,由于扩散距离较长,导致晶粒内部锂离子浓度分布不均匀,影响克容量的发挥和循环稳定性。且其制备过程相对复杂,这在一定程度上限制了其大规模应用。
富锂锰基O2结构与O3结构是两种不同的晶体排列方式,它们在材料性能和电化学行为上具有显著差异。O2结构中,Li-O八面体与Mn-O八面体通过面共享连接,这种排列方式能有效阻碍过渡金属的迁移,提高结构稳定性,避免晶格氧的不可逆释放和结构退化问题,减少因过渡金属迁移导致的相转变过程。
中国专利CN117996067公开了一种O2型富锂锰基正极材料及其制备和应用中,先烧结出P2型钠前驱体,再通过Li/Na交换法得到O2结构,其中碱金属和氧双空位的设计,减少了正极材料晶格氧的损失和氧释放,使得电压衰减得到有效缓解。但其采用的Li/Na交换法是在熔融盐状态下进行,由于熔融盐对许多材料的腐蚀性很强,使用坩埚等容器烧结,易被腐蚀引入杂质从而影响材料性能。且实验表明熔盐法会破坏其形貌,一般无法保持二次球型颗粒的结构,因此该方案无法解决二次颗粒在循环过程中的机械力学失效,电化学性能仍然不够满足规模化应用的要求。
实现思路