(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111541917.9 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 北京理工大 学重庆创新中心 地址 401120 重庆市渝北区龙兴镇曙光路9 号9幢 (72)发明人 韩淼　李宁　苏岳锋　李永健　 沈杏　陈来　曹端云　卢赟　王萌　 包丽颖　吴锋　 (74)专利代理 机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 代理人 胡东东 (51)Int.Cl. C01G 45/12(2006.01) H01M 4/505(2010.01) H01M 4/525(2010.01)H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 高容量锂化锰基层状氧化物正极材料及其 制备方法和应用 (57)摘要 本发明公开了一种高容量锂化锰基层状氧 化物正极材料及其制备方法和应用， 包括以下步 骤： A、 将钠源和锰源充分混合均匀， 获得前驱体 混合物； B、 对前驱体混合物进行烧结处理， 获得 钠化锰基层状氧化物； C、 对钠化锰基层状氧化物 进行钠/锂离子交换反应， 洗涤干燥得到锂化锰 基层状氧化物正极材料。 本发明通过钠/锂离子 交换反应的方式制备出了具有高容量、 低成本的 锂化锰基层状氧化物正极材料， 其相对于传统的 富锂锰基正 极材料和镍钴锰三元正极材料， 其在 放电比容量、 循环性能等性能方面均有不俗的表 现， 由此可作为传统富锂锰基正 极材料和镍钴锰 三元正极材料的替换材料， 以降低锂离子电池的 制造成本， 是一种极有潜力的锂离子电池正极材 料。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114229909 A 2022.03.25 CN 114229909 A 1.一种高容 量锂化锰基层状氧化物正极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： A、 将钠源和锰源充分 混合均匀， 获得 前驱体混合物； B、 对前驱体混合物进行烧结处 理， 获得钠化锰基层状氧化物； C、 对钠化锰基层状氧化物进行钠/锂离子交换反应， 洗涤干燥得到锂化锰基层状氧化 物正极材 料。 2.如权利要求1所述的高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法， 其特征在于， 所述钠源包括碳酸钠、 碳酸氢钠、 醋酸钠、 硝酸钠、 草酸钠、 氟化钠、 氧化钠、 氢氧化钠中的一 种或多种。 3.如权利要求2所述的高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法， 其特征在于， 所述锰源选自二氧化锰、 四氧化三锰、 三氧化二锰、 碳酸锰、 草酸锰、 硫酸锰、 一氧化锰、 乙酸 锰中的一种或多种。 4.如权利要求3所述的高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法， 其特征在于， 烧结处理时的烧结温度为3 50－950℃， 烧结处 理时间为1－3 6h。 5.如权利要求4所述的高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法， 其特征在于， 烧结处理时使用的烧结气氛为空气、 氩气、 氮气中的一种或多种。 6.如权利要求5所述的高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法， 其特征在于， 钠/锂离子交换反应采用退火或回流的方式进行； 当采用退火方式时， 退火的气氛为空气、 氩气、 氮气中的一种或多种， 退火温度为200－400℃， 退火时间为1－24h； 当采用回流方式 时， 回流所用的溶剂为乙腈、 己醇中的一种或两种组合， 回流温度为120－200℃， 回流时间 为1－24h 。 7.如权利要求6所述的高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法， 其特征在于， 进行钠/锂离子交换反应时， 所用到的锂源选自乙酸锂、 硝酸锂、 氯化锂、 溴化锂、 碘化锂中 的一种或多种。 8.如权利要求7所述的高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方法， 其特征在于， 锂/钠离子交换时所采用的锂/钠 摩尔比例为2－20： 1。 9.一种高容量锂化锰基层状氧化物正极材料， 其特征在于， 所述锂化锰基层状氧化物 正极材料通过上述权利要求 1－8任一所述的制备方法制备得到， 锂化锰基层状氧化物正极 材料的化学式为 LixMnyO2， 其中0.5＜x≤1， 0＜y≤1。 10.一种锂离子电池， 包括正极材料， 其特征在于， 所述正极材料为权利要求9的锂化锰 基层状氧化物正极材 料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114229909 A 2高容量锂化锰基层状氧化物正极材料及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子电池技术领域， 特别涉及一种高容量锂化锰基层状氧化物正极 材料及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]为应对能源危机和环境污染， 电动汽车的发展受到了广泛的关注。 锂离子电池作 为电动汽车 的动力源， 直接决定了电动汽车 的续航里程。 正极材料作为锂离子电池的重要 组成部分， 直接影响了锂离子电池的能量密度。 当前， 电动汽 车多选用镍钴锰三元材料作为 锂离子电池的正极材料， 但日益上涨的镍、 钴价格使 得三元锂离子电池的成本日益上涨。 因 此， 开发具有高容 量、 低成本的锂离 子电池正极材 料是开发下一代动力电池的关键 。 [0003]中国专利CN10782 7160A公开了一种制备锰基锂离子电池正极材料的方法， 该方法 利用碱金属在液氨中的活动性与还原性首先与一定摩尔比的氧化锰发生反应， 而低温下反 应生成的浮渣化合物再通过高温退火形成具有特殊包覆结构的锰酸锂正极材料， 该方法有 效改善了锰基材料在深度充放电循环时的结构稳定性。 提高了材料深度充放电时的容量保 持率， 改善了材料与电解液的相容性， 其初始容量可达110－120mAh/g， 该方法制备得到的 锰酸锂正极材 料的初始容 量较小， 不能满足锂离 子电池商业 化的要求。 发明内容 [0004]本发明的发明目的在于： 针对当前锂离子电池正极材料能量密度低、 成本高等问 题， 提供一种高容量、 低成本的锂化锰基层状氧化物正极材料及其制备方法和应用， 该材料 展示出220 mAh/g以上的放电比容量， 而且不含镍、 钴等昂贵过渡 金属元素， 克服了 现有技术 所存在的不足。 [0005]本发明采用的技术方案如下： 一种高容量锂化锰基层状氧化物正极材料的制备方 法， 包括以下步骤： [0006]A、 将钠源和锰源充分 混合均匀， 获得 前驱体混合物； [0007]B、 对前驱体混合物进行烧结处 理， 获得钠化锰基层状氧化物； [0008]C、 对钠化锰基层状氧化物进行钠/锂离子交换反应， 洗涤干燥得到锂化锰基层状 氧化物正极材 料。 [0009]在本发明中， 本发明通过钠/锂离子交换反应的方式制备出了具有高容量、 低成本 的锂化锰基层状氧化物正极材料， 其相对于传统的富锂锰基正极材料和镍钴锰三元正极材 料， 其在放电比容量、 循环性能等性能方面均有不俗的表现， 由此可作为传统富锂锰基正极 材料和镍钴锰三元正极材 料的替换 材料， 以降低锂离 子电池正极材 料的制造成本 。 [0010]进一步， 所述钠源包括碳酸钠、 碳酸氢钠、 醋酸钠、 硝酸钠、 草酸钠、 氟化钠、 氧化 钠、 氢氧化钠中的一种或多种。 [0011]进一步， 所述锰源包括二价锰、 三价锰、 四价锰中的一种 或多种。 即锰源选自二氧 化锰、 四氧化三锰、 三氧化二锰、 碳酸锰、 草酸锰、 硫酸锰、 一氧化锰、 乙酸锰中的一种或多说　明　书 1/4 页 3 CN 114229909 A 3