本申請涉及電池，具體而言，涉及一種鋰錳基正極材料的改性方法、富鋰錳基正極材料、正極極片、電池單體和二次電池

背景技術(shù)：

1、層狀正極的需求和設(shè)計使用由最早的普通三元材料到如今的富鋰錳基等材料，除常規(guī)的鎳含量提升外，錳含量的提升同樣帶來一系列副反應(yīng)。其成因是由于錳離子在姜-泰勒效應(yīng)下會導致錳溶出，錳離子在負極表面沉積破壞sei膜，鋰離子電池在首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層，進而影響電池存儲壽命和安全性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本申請?zhí)峁┮环N鋰錳基正極材料的改性方法、富鋰錳基正極材料、正極極片、電池單體和二次電池，能夠改善富鋰錳基正極材料中錳溶出的問題，提高電池的存儲壽命和安全性。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N鋰錳基正極材料的改性方法，其包括：對鋰錳基正極材料進行鋰位摻雜，且鋰位摻雜離子包括比鋰離子半徑大的陽離子，并提高鋰錳基正極材料中的錳含量，以獲得富鋰錳基正極材料。

3、本申請實施例的技術(shù)方案中，本申請的鋰錳基正極材料的改性方法通過將鋰錳基正極材料中的部分鋰位替換成比鋰離子半徑大的陽離子，比鋰離子半徑大的陽離子可以在鋰位起到支撐作用，增強過渡金屬層間能壘，改善錳溶出效應(yīng)，并提高鋰位摻雜的鋰錳基正極材料中的錳含量，不僅能夠降低正極材料成本，提高正極材料安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還能夠保持錳溶出量在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，從而改善電池的存儲性能和安全性，實現(xiàn)富錳含量電池的大規(guī)模應(yīng)用。

4、在一些實施例中，鋰錳基正極材料的化學式為lia+xnib0coc0mnd0m1-b0-c0-d0oeef，富鋰錳基正極材料的化學式為lialxnibcocmndm1-b-c-doeef。其中，l為鋰位摻雜離子，m為過渡金屬位摻雜離子，e為氧位摻雜離子，0＜x≤0.8，a＞0，b＞0，b0＞0，c＞0，c0＞0，e＞0，f≥0。d＝d0+kx，k＞0，d0＞0。本申請富鋰錳基正極材料中的錳含量是在改性前的鋰錳基正極材料中的錳含量的基礎(chǔ)上加上一個數(shù)值，此數(shù)值和鋰位摻雜離子含量成正比。

5、在一些實施例中，l包括na、k、rb、cs、mg、ca、sr、bi和y中的任意一種或多種。上述元素的陽離子比鋰離子半徑大，可以在鋰位起到支撐作用，增強過渡金屬層間能壘，改善錳溶出效應(yīng)，進而改善電池的存儲性能和安全性。

6、在一些實施例中，0.001≤x≤0.5；可選地，0.001≤x≤0.1。當鋰位摻雜離子的含量滿足0.001≤x≤0.5時，鋰位摻雜離子不僅能夠在鋰位起到支撐作用，增強過渡金屬層間能壘，改善錳溶出效應(yīng)；鋰位摻雜離子不會析出或析出量較少，對電池的循環(huán)性能、存儲性能和倍率性能的影響較小。

7、在一些實施例中，0＜a＜2。可選地，0＜a≤1.5。常見的鋰錳基正極材料中的鋰含量在此范圍內(nèi)。

8、在一些實施例中，0＜b≤0.96，0＜c＜1，0＜d＜1?？蛇x地，0＜c≤0.5?？蛇x地，0＜b+c+d≤1。常見的鋰錳基正極材料中的鈷含量在此范圍內(nèi)。

9、在一些實施例中，m包括mg、zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb和la中的任意一種或多種。過渡金屬位摻雜離子的摻雜可以給電池帶來一些其他性能的改善，具體性能根據(jù)元素性能決定。例如，al元素摻雜能夠提高電池的安全性，zr元素摻雜能夠提高電池的倍率性能。

10、在一些實施例中，e包括f、s和p中的任意一種或多種。氧位摻雜離子的摻雜可以給電池帶來一些其他性能的改善，具體性能根據(jù)元素性能決定。

11、在一些實施例中，0＜e≤2，0≤f＜2?？蛇x地，1＜e≤2，0≤f＜1。氧位摻雜離子可以部分取代氧元素。

12、第二方面，本申請?zhí)峁┝烁讳囧i基正極材料，其根據(jù)上述實施例中的鋰錳基正極材料的改性方法改性得到。

13、本申請實施例的技術(shù)方案中，本申請的富鋰錳基正極材料既具有成本低、材料安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高的優(yōu)勢，還能夠在應(yīng)用于電池時，保持較低的錳溶出量，改善電池的存儲性能和安全性。

14、第三方面，本申請?zhí)峁┝艘环N正極極片，其包括上述實施例中的富鋰錳基正極材料。

15、第四方面，本申請?zhí)峁┝艘环N電池單體，其包括上述實施例中的正極極片。

16、第五方面，本申請?zhí)峁┝艘环N二次電池，其包括上述實施例中的電池單體。

17、第六方面，本申請?zhí)峁┝艘环N用電裝置，其包括上述實施例中的二次電池，二次電池用于提供電能。

18、上述說明僅是本申請技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。

技術(shù)特征：

1.一種鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，所述鋰錳基正極材料的改性方法包括：對鋰錳基正極材料進行鋰位摻雜，且鋰位摻雜離子包括比鋰離子半徑大的陽離子，并提高所述鋰錳基正極材料中的錳含量，以獲得富鋰錳基正極材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，所述鋰錳基正極材料的化學式為lia+xnib0coc0mnd0m1-b0-c0-d0oeef，所述富鋰錳基正極材料的化學式為lialxnibcocmndm1-b-c-doeef；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，所述l包括na、k、rb、cs、mg、ca、sr、bi和y中的任意一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，0.001≤x≤0.5；

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，0＜a＜2；

6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，0＜b≤0.96，0＜c＜1，0＜d＜1；

7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，所述m包括mg、zr、al、b、ta、mo、w、nb、sb和la中的任意一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任一項所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，所述e包括f、s和p中的任意一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項所述的鋰錳基正極材料的改性方法，其特征在于，0＜e≤2，0≤f＜2；

10.一種富鋰錳基正極材料，其特征在于，所述富鋰錳基正極材料根據(jù)權(quán)利要求1～9任一項所述的鋰錳基正極材料的改性方法改性得到。

11.一種正極極片，其特征在于，所述正極極片包括權(quán)利要求10所述的富鋰錳基正極材料。

12.一種電池單體，其特征在于，所述電池單體包括權(quán)利要求11所述的正極極片。

13.一種二次電池，其特征在于，所述二次電池包括權(quán)利要求12所述的電池單體。

14.一種用電裝置，其特征在于，所述用電裝置包括權(quán)利要求13所述的二次電池，所述二次電池用于提供電能。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N鋰錳基正極材料的改性方法、富鋰錳基正極材料、正極極片、電池單體和二次電池，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。鋰錳基正極材料的改性方法包括對鋰錳基正極材料進行鋰位摻雜，且鋰位摻雜離子包括比鋰離子半徑大的陽離子，并提高鋰錳基正極材料中的錳含量，以獲得富鋰錳基正極材料。通過將鋰錳基正極材料中的部分鋰位替換成比鋰離子半徑大的陽離子，比鋰離子半徑大的陽離子可以在鋰位起到支撐作用，增強過渡金屬層間能壘，改善錳溶出效應(yīng)，并提高鋰位摻雜的鋰錳基正極材料中的錳含量，降低正極材料成本，提高正極材料安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠保持錳溶出量在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，改善電池的存儲性能和安全性，實現(xiàn)富錳含量電池的大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：李振華,傅寒立,朱嘉哲,李星,牛少軍,金海族
受保護的技術(shù)使用者：寧德時代新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21