[发明专利]一种高倍率富锂正极材料的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及高倍率富锂正极材料的一种表面改性方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

近年来，在汽油价格的飞涨，全球倡导新能源、节能减排、低碳经济的大环境下，具有高能量密度和高功率密度的锂离子电池就成了人们关注的焦点。而目前商业化的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄由于容量相对较低，无法满足高要求的3G电子产品和电动汽车对锂离子电池正极材料的需求，从而使得具有较高电压和较高比容量的富锂正极材料成为人们研究的热点。

锂离子电池富锂正极材料主要是层状材料Li₂MnO₃与LiMO₂(M＝Ni，Co，Ni_0.5Mn_0.5…)按不同比例形成的固溶体xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，也可以写作Li[M_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(1/5≤x≤1/3)。Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂具有和LiCoO₂相似的理想层状结构，在M层中Li和Mn的个数比为1∶2，Li和[Li_1/3Mn_2/3]交替占据八面体位置。固溶体Li[M_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂具有α-NaFeO₂层状构型，属于六方晶系，R-3m空间群，Li占据3a，过渡金属Ni和Mn占据3b位。

锂离子电池富锂正极材料Li[M_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂充电至4.5V以上，其放电容量可以达到250mAh/g以上，并且在充放电过程中表现出较好的循环稳定性。但是其较大的首次不可逆容量和较差的倍率性能严重阻碍了其商业化进程。表面改性可以有效地减少其首次不可逆容量损失，提高电极材料的电化学性能。近年来，国内外学者已经通过在富锂正极材料表面包覆惰性氧化物(Al₂O₃、TiO₂、RuO₂等)来改善其电化学性能，但其均是在低倍率充电后才能在高倍率放电时获得较高的容量，美国德克萨斯大学A.Manthiram课题组对富锂正极材料进行双层表面改性(AlPO₄+Al₂O₃、Al₂O₃+RuO₂)，在低倍率(C/20)下充电，2C时其放电容量约为200mAh/g，5C时其放电容量仅仅为150mAh/g，这无法满足电动设备需要快速充电的要求。

VOPO₄由于具有优越的可插锂性能，放电平台电压较高，大约为4V，比LiFePO₄材料高出0.5V左右。另外它还具有比LiFePO₄更高的电子导电率和比能量，结构稳定，耐高温、遇热不分解，安全且循环寿命极长。所以将其作为包覆层包覆富锂正极材料，有可能在减少富锂正极材料首次不可逆容量的同时，改善其高倍率充放电性能，提高其安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固溶体富锂锂离子正极材料Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(1/5≤x≤1/3)的改性方法。用简单的溶胶-凝胶和低温热处理方法在Li[Ni_xLi_1/3-2x/3Mn_2/3-x/3]O₂(1/5≤x≤1/3)表面包覆VOPO₄，提高锂离子电池富锂正极材料的倍率性能。该方法工艺简单，操作易行，成本低廉，适合大规模工业生产。

本发明的一种高倍率富锂正极材料的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：