一种富锂锰基材料及其制备方法和应用

1.一种富锂锰基材料，其特征在于，该材料由基体以及包覆在所述基体表面的包覆层组成；所述基体中含有化学式为Li 1.2+x [(Mn 1-a-b-c Co a Ni b M c ) 1-d M′ d ] 0.8-x O 2 的基体物质A，其中，-0.2＜x≤0.3，0≤a≤0.3，0≤b≤0.3，0＜c≤0.1，0＜d≤0.1，M和M'各自独立地选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mo、Na、Nb、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；所述包覆层含有化学式为Li u (Li 1-v-γ N v N′ γ )O 2 的包覆层物质B，其中，0.8≤u<1.2，0.6≤v≤0.9，0＜γ≤0.1，且u+1-v-γ≥1.11，N选自Mn、Co、Ni、Fe、Ru、Mo中的至少一种元素；N′选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；所述富锂锰基材料的中值粒径D 50 为6-20μm，所述富锂锰基材料的比表面积为2-7.5m 2 /g；所述富锂锰基材料的制备方法包括：将基体物质A与包覆层物质B进行第一混合，得到富锂锰基材料；所述基体物质A和所述包覆层物质B的用量重量比为100：0.01-10；所述第一混合在含氧气氛中进行，所述第一混合的条件包括：温度为300-1000℃，时间为2-15h；该方法还包括通过以下步骤制备所述包覆层物质B：（a）在第二溶剂存在下，将组分E中的各组分进行第四混合，得到包覆层前驱体，所述组分E中含有第二络合剂、第二沉淀剂和含有所述元素N的金属盐，且所述组分E中任选还含有第三掺杂剂，所述第三掺杂剂中含有所述元素N′；（b）将所述包覆层前驱体与第二锂盐和钠盐进行第五混合，得到包覆层中间产物；（c）将所述包覆层中间产物与第三锂盐进行第六混合，得到包覆层物质B；所述第二锂盐和所述第三锂盐的总用量、所述金属盐和所述第三掺杂剂的用量使得得到所述包覆层物质B；其中，在步骤（b）中，所述第五混合的条件包括：在含氧气氛中进行，温度为600-1000℃，时间为4-20h；在步骤（c）中，所述第六混合的条件包括：在含氧气氛中进行，温度为300-500℃，时间为2-20h。 2.一种制备富锂锰基材料的方法，其特征在于，该方法包括：将基体物质A与包覆层物质B进行第一混合，得到富锂锰基材料；其中，所述基体物质A的化学式为Li 1.2+x [(Mn 1-a-b-c Co a Ni b M c ) 1-d M′ d ] 0.8-x O 2 其中，-0.2＜x≤0.3，0≤a≤0.3，0≤b≤0.3，0＜c≤0.1，0＜d≤0.1，M和M'各自独立地选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mo、Na、Nb、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；所述包覆层物质B的化学式为Li u (Li 1-v-γ N v N′ γ )O 2 的物质，其中，0.8≤u<1.2，0.6≤v≤0.9，0＜γ≤0.1，且u+1-v-γ≥1.11，N选自Mn、Co、Ni、Fe、Ru、Mo中的至少一种元素；N′选自Al、B、Ba、Ce、Cr、Cu、Fe、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Os、Pr、Re、Ru、Sc、Sr、Sm、Ta、Ti、V、W、Y、Yb、Zn、Zr中的至少一种元素；所述基体物质A和所述包覆层物质B的用量重量比为100：0.01-10；所述第一混合在含氧气氛中进行，所述第一混合的条件包括：温度为300-1000℃，时间为2-15h；所述富锂锰基材料的中值粒径D 50 为6-20μm，所述富锂锰基材料的比表面积为2-7.5m 2 /g；该方法还包括通过以下步骤制备所述包覆层物质B：（a）在第二溶剂存在下，将组分E中的各组分进行第四混合，得到包覆层前驱体，所述组分E中含有第二络合剂、第二沉淀剂和含有所述元素N的金属盐，且所述组分E中任选还含有第三掺杂剂，所述第三掺杂剂中含有所述元素N′；（b）将所述包覆层前驱体与第二锂盐和钠盐进行第五混合，得到包覆层中间产物；（c）将所述包覆层中间产物与第三锂盐进行第六混合，得到包覆层物质B；所述第二锂盐和所述第三锂盐的总用量、所述金属盐和所述第三掺杂剂的用量使得得到所述包覆层物质B；其中，在步骤（b）中，所述第五混合的条件包括：在含氧气氛中进行，温度为600-1000℃，时间为4-20h；在步骤（c）中，所述第六混合的条件包括：在含氧气氛中进行，温度为300-500℃，时间为2-20h。 3.根据权利要求2所述的方法，其中，该方法还包括通过以下步骤制备所述基体物质A：（1）在第一溶剂存在下，将组分C中的各组分进行第二混合，得到基体前驱体，所述组分C中含有第一络合剂、第一沉淀剂和锰盐，且所述组分C中任选还含有钴盐、镍盐和第一掺杂剂中的至少一种，所述第一掺杂剂中含有所述元素M；（2）将所述基体前驱体与组分D中的各组分进行第三混合，得到基体物质A，所述组分D中含有第一锂盐，且所述组分D中任选还含有第二掺杂剂，所述第二掺杂剂中含有所述元素M′；其中，所述锰盐、所述钴盐、所述镍盐、所述第一掺杂剂、所述第一锂盐和所述第二掺杂剂的用量使得得到所述基体物质A。 4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤（1）中，所述第二混合在反应釜中进行，所述第二混合的条件包括：温度为20-60℃，时间为6-30h，转速为300-1000rpm，pH值为7-12。 5.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述第三混合在含氧气氛中进行，所述第三混合的条件包括：先在第一条件下进行反应得到反应物，再将所述反应物在第二条件下反应，所述第一条件包括：温度为300-600℃，保温时间为1-6h；所述第二条件包括：温度为650-1000℃，保温时间为4-20h。 6.根据权利要求2-5中任意一项所述的方法，其中，在步骤（a）中，所述第四混合在反应釜中进行，所述第四混合的条件包括：温度为20-50℃，时间为5-15h，转速为300-1000rpm，pH值为7-12。 7.权利要求1所述的富锂锰基材料在锂离子电池中的应用。