本發明屬于鋰離子電池，具體涉及一種梯度富鋰錳基材料及其制備方法和作為電池正極材料的應用。

背景技術：

1、隨著純電動汽車和插電式混合動力汽車的快速發展，鋰離子電池的能量密度和循環性能的提升，成為當今能源領域關注的焦點。

2、富鋰錳基正極材料由于其具有高比容量(>250mah/g)、高工作電壓和高安全性的優點，被認為是下一代動力電池最有前景的正極材料。但是，富鋰錳基正極材首次庫倫效率低、電壓衰減嚴重以及循環和倍率性能低的問題，限制了其實際應用。研究人員通過對富鋰錳基正極材料改性，一定程度上提高了其電化學性能。但是放電性能整體仍然不足。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種梯度富鋰錳基材料及其制備方法和作為電池正極材料的應用，本發明提供的梯度富鋰錳基材料放電容量高，平均放電電壓高。

2、為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、本發明提供了一種梯度富鋰錳基材料，包括相結構梯度富鋰錳基材料，覆在所述相結構梯度富鋰錳基材料表面的過渡層，覆在所述過渡層表面的鈣鈦礦層；所述相結構梯度富鋰錳基材料的化學式為xli2mno3·(1-x)litmo2-yli2mno3·(1-y)litmo2，0<y<x<1，tm元素為ni、co和mn；所述鈣鈦礦層的化學式為a1-wbwtmo3，0≤w<1，a元素為la、sm、ba、sr和pr中的一種或幾種，b元素為fe、mo和cr中的一種或幾種，tm元素為ni、co和mn；所述過渡層為摻雜有a元素和b元素的相結構梯度富鋰錳基材料，所述a元素和b元素的含量獨立地由內向外增加。

4、優選的，所述相結構梯度富鋰錳基材料的粒徑為1～30μm。

5、優選的，所述過渡層的厚度為2～10nm。

6、優選的，所述鈣鈦礦層的厚度為2～10nm。

7、優選的，鈣鈦礦層中，所述ni和co的摩爾比為0.05～0.3:0.05～0.2；所述ni和mn的摩爾比為0.05～0.3:0.5～0.9。

8、優選的，所述相結構梯度富鋰錳基材料的化學式為：核中心0.5li2mno3·0.5li(ni0.42mn0.42co0.16)o2，核表層0.3li2mno3·0.7li(ni0.42mn0.42co0.16)o2。

9、優選的，所述鈣鈦礦層的化學成分為la0.5fe0.5ni0.294co0.112mn0.594o3、sm0.5mo0.5ni0.294co0.112mn0.594o3、la0.3fe0.7ni0.294co0.112mn0.594o3、prni0.294co0.112mn0.594o3、smni0.294co0.112mn0.594o3、bani0.294co0.112?mn0.594o3或srni0.294co0.112mn0.594o3。

10、本發明還提供了上述方案所述梯度富鋰錳基材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

11、將a源、b源、水和相結構梯度富鋰錳基材料混合進行吸附后退火，得到所述梯度富鋰錳基材料。

12、優選的，所述退火的溫度為500～900℃，保溫退火時間為4～10h；所述退火的氣氛為空氣和氧氣中的一種或幾種。

13、本發明還提供了上述方案所述梯度富鋰錳基材料或上述方案所述制備方法得到的梯度富鋰錳基材料作為電池正極材料的應用。

14、本發明提供了一種梯度富鋰錳基材料。本發明提供的梯度富鋰錳基材料，在相結構梯度富鋰錳基材料表面修飾有過渡層和鈣鈦礦層，鈣鈦礦層作為優良的離子導體材料，可以提高梯度富鋰錳基材料的離子電導率，同時作為氧緩沖液可逆地吸收氧離子，從而阻礙氧的釋放，拓寬陰極材料的電化學窗口，抑制梯度富鋰錳基材料表面的副反應、阻抗生長以及電化學降解，提高電池的放電容量、平均放電電壓和倍率性能。本發明提供的梯度富鋰錳基材料放電容量高，平均放電電壓高，倍率性能高，電化學性能優異。實施例結果表明，本發明提供的梯度富鋰錳基材料，0.2c的放電比容量在265mahg-1以上，5c的放電比容量在165mahg-1以上，平均放電電壓在3.65v以上。

15、本發明還提供了上述方案所述梯度富鋰錳基材料的制備方法。本發明通過對相結構梯度富鋰錳基材料進行表面修飾，得到了摻雜元素變化的過渡層，以及超薄的鈣鈦礦層。本發明提供的制備方法步驟簡單，適合大規模生產。

16、本發明還提供了上述方案所述梯度富鋰錳基材料或上述方案所述制備方法得到的梯度富鋰錳基材料作為電池正極材料的應用。本發明提供的梯度富鋰錳基材料放電容量高，平均放電電壓高，倍率性能高，能夠滿足電池尤其是鋰離子電池對正極材料的要求，應用前景廣闊。

技術特征：

1.一種梯度富鋰錳基材料，其特征在于，包括相結構梯度富鋰錳基材料，覆在所述相結構梯度富鋰錳基材料表面的過渡層，覆在所述過渡層表面的鈣鈦礦層；

2.根據權利要求1所述的梯度富鋰錳基材料，其特征在于，所述相結構梯度富鋰錳基材料的粒徑為1～30μm。

3.根據權利要求1或2所述的梯度富鋰錳基材料，其特征在于，所述過渡層的厚度為2～10nm。

4.根據權利要求1或2所述的梯度富鋰錳基材料，其特征在于，所述鈣鈦礦層的厚度為2～10nm。

5.根據權利要求1或2所述的梯度富鋰錳基材料，其特征在于，鈣鈦礦層中，所述ni和co的摩爾比為0.05～0.3:0.05～0.2，所述ni和mn的摩爾比為0.05～0.3:0.5～0.9。

6.根據權利要求1所述的梯度富鋰錳基材料，其特征在于，所述相結構梯度富鋰錳基材料的化學式為：核中心0.5li2mno3·0.5li(ni0.42mn0.42co0.16)o2，核表層0.3li2mno3·0.7li(ni0.42mn0.42co0.16)o2。

7.根據權利要求1所述的梯度富鋰錳基材料，其特征在于，所述鈣鈦礦層的化學成分為la0.5fe0.5ni0.294co0.112mn0.594o3、sm0.5mo0.5ni0.294co0.112mn0.594o3、la0.3fe0.7ni0.294co0.112mn0.594o3、prni0.294co0.112mn0.594o3、smni0.294co0.112mn0.594o3、bani0.294co0.112mn0.594o3或srni0.294co0.112mn0.594o3。

8.權利要求1～7任一項所述梯度富鋰錳基材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述退火的溫度為500～900℃，保溫退火時間為4～10h；

10.權利要求1～7任一項所述梯度富鋰錳基材料或權利要求8～9任一項所述制備方法得到的梯度富鋰錳基材料作為電池正極材料的應用。

技術總結
本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種梯度富鋰錳基材料及其制備方法和作為電池正極材料的應用。本發明提供的梯度富鋰錳基材料，在相結構梯度富鋰錳基材料表面修飾有過渡層和鈣鈦礦層，鈣鈦礦層作為優良的離子導體材料，可以提高梯度富鋰錳基材料的離子電導率，同時作為氧緩沖液可逆地吸收氧離子，從而阻礙氧的釋放，拓寬陰極材料的電化學窗口，抑制梯度富鋰錳基材料表面的副反應、阻抗生長以及電化學降解，提高電池的放電容量、平均放電電壓和倍率性能。本發明提供的梯度富鋰錳基材料放電容量高，平均放電電壓高，倍率性能高，電化學性能優異。

技術研發人員：白珍輝,王國慶
受保護的技術使用者：山東創能新材料有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28