[发明专利]一种包覆型镍锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高电压镍锰酸锂正极材料的表面包覆方法。

背景技术

镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）由于具有良好的循环性能和相对高的理论容量（高达147mAh/g），并且只有一个高达4.7V左右的放电平台，被认为是最有发展前景的高电位锂离子电池高电位正极材料。与钴酸锂正极材料相比，其输出电压高、成本低、环境友好；与锰酸锂正极材料相比，其在高温循环下的稳定性大大提高；与磷酸亚铁锂正极材料相比，其制备工艺简单，生产的批次稳定性好，特别是在与钛酸锂负极相匹配时，磷酸亚铁锂-钛酸锂单体电池仅有1.9V输出电压，而镍锰酸锂-钛酸锂单体电池输出电压可高达3.2V，优势非常明显。

尽管近年来，关于LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料相关方面的研究和应用在国内外均形成快速增长的势态，一些公司如日本SANYO、韩国LG化学、美国Enerdel、法国CEA -Liten、以色列ETVM公司已经在开始尝试LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的商品化开发问题。但目前市场上LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料还没有实质意义上的正式生产。

这主要是由于LiNi_0.5Mn_1.5O₄还面临两个问题：第一，Ni^II/Ni^IV 电对的电位在常用电解质体系的分解电压以上；第二，由于制备过程中氧缺失，生成Li_xNi_1-xO等杂相，很难得到单相的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，导致材料的循环性能恶化。

 解决第二个问题，主要依靠改进制备方法。而解决第一个问题，一方面在于研究能耐受高电压的电解液体系，如日本号称已经研制出能在5V下使用的含氟电解液；另一方面通常采用表面包覆的方法。

研究表明，通过在LiNi_0.5Mn_1.5O₄表面包覆稳定的保护层，可避免或减少正极材料与电解液的直接接触，减少电解液的分解，有效提高材料的化学稳定性。通常用作保护层的物质包括一些金属氧化物、磷酸盐或者金属。迄今为止，用来对LiNi_0.5Mn_1.5O₄进行表面修饰的有ZnO、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃和BiOF、SnO₂、Li₃PO₄以及金属Au、Zn、Ag等。

文献报道的表面修饰方法都能在一定程度上改善LiNi_0.5Mn_1.5O₄的循环稳定性，然而这些方法要么牺牲了部分正极材料的比容量（于高能量密度无益），要么堵塞了锂离子的通道（于高倍率性能无益）。

如何在尽可能保持正极材料比容量的前提下，在LiNi_0.5Mn_1.5O₄表面包覆一层允许锂离子“畅通”的“保护”层，是一个值得深入探讨的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Li₂MnO₃表面包覆高电压LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料的制备方法，以显著提高电极材料的循环稳定性能。

本发明的目的是以如下方式实现的：采用原位表面包覆法按照一定的质量分数将一定量的按照公知方法制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄粉末加入到Li₂MnO₃的前驱体溶液中，通过搅拌、蒸干和热处理得到一定量Li₂MnO₃包覆的LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料。