[发明专利]一种具有快离子导体包覆层和表面异质结构的富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料和电化学技术领域，涉及一种具有快离子导体包覆层和表面异质结构的富锂锰基正极材料及其制备方法。 

背景技术

锂离子电池相对于传统的铅酸电池、镍氢电池等二次电池有着能量密度高、输出电压高、自放电低、无记忆效应和环境友好等优点而得到了广泛的应用与开发。动力和储能锂离子电池关键材料的性能是电池性能的最终决定性因素，正极材料的研究一直是科学工作者关注的热点。LiCoO₂、LiMnO₄、LiFePO₄、LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂等正极材料已得到广泛的研究。但这些正极材料组装的锂离子电池体系存在比能量密度低、成本高、安全性差等缺陷，难以满足电动车对储能电池的要求。 

富锂锰基正极材料由于其理论比容量超过350mAh/g、实际比容量大于250mAh/g、工作电压高、成本低廉等优点，一直是锂离子电池正极材料的研究热点。但是富锂锰基正极材料的首次库伦效率低、倍率性能差、循环过程中的电压逐渐降低等缺点严重抑制了富锂锰基正极材料的大规模应用。 

为了开发倍率性能优异的富锂锰基正极材料，满足电动车对电池倍率性能的要求，研究者已开发了多种技术手段对富锂锰基正极材料进行改性提高。各种惰性物质如金属氟化物(AlF₃)、金属磷酸盐(AlPO₄，Li-Ni-PO₄)及金属氧化物(Al₂O₃，ZnO，RuO₂等)等已被用于包覆富锂锰基正极材料。如阿贡国家实验室Thackera等采用Li-Ni-PO₄包覆0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi_0.44Co_0.75Mn_0.31O₂能够将首次效率从81％提高到87％，减小首次不可逆容量损失，同时在1C电流密度 下放电比容量超过200mAh/g；厦门大学杨勇等采用AlF₃包覆Li[Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂，2C电流密度下放电比容量达到197mAh/g，而未包覆的样品只有177.9mAh/g。Cho教授报道了Li[Li_0.15Mn_0.6Ni_0.25]O₂纳米线材料表现出优良的充放电性能，其首次放电容量达311mAh/g，经过80次循环能够保持280mAh/g。厦门大学孙世刚教授利用晶体生长的方法合成具有(010)方向择优取向的纳米片状Li[Li_0.17Ni_0.25Mn_0.58]O₂正极材料。可表现出良好的循环性能和倍率性能，在0.2C放电情况下，经过100次循环，其放电容量维持在230mAh/g，在6C放电情况下，经过50次循环，其放电容量维持在200mAh/g。但苛刻的制备工艺使其很难进行工业化生产。 

因此，目前亟需寻找一种简单易行的富锂锰基正极材料的改性方法，使富锂锰基正极材料具有较高的首次库伦效率，较好的循环稳定性和倍率性能，从而能满足动力电池的要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有快离子导体包覆层和表面异质结构的富锂锰基正极材料及其制备方法。用富锂锰基正极材料与磷酸盐混合烧结，提高了富锂正极材料的首次库伦效率，而且改善了其循环稳定性和倍率性能，能满足动力电池的要求。其改性工艺适用于所有富锂锰基正极材料，简单易行，制造成本低，重现性好，便于大规模工业化生产。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：