[发明专利]离子基团诱导复合相修饰的富锂层状正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种还原性离子基团诱导表面尖晶石转变的富锂层状正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂及制备方法，属于纳米复合材料的制备技术。

背景技术

绿色清洁能源及其能量转换装置正在逐步取代不可再生能源及动力系统，在这场能源变革中，锂离子电池以其较高的能量密度和灵活的工艺设计，被应用于大型电网储能设备、动力汽车供能系统中。然而，锂离子电动汽车的续航能力，远远不能满足实际需要，主要制约因素之一是锂离子电池正极材料本身的比容量较低。因此，一种理论比容量较高的正极材料——富锂层状正极材料Li₂MnO₃·LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn、Fe、Ru…)——受到研究者的高度重视。相对于传统的LiCoO₂和LiFePO₄，富锂材料虽然比容量较高，然而其倍率性能较差，无法满足高功率密度的要求。为了解决这一问题，人们试图通过表面修饰来提高富锂材料的电导率，其中，表面包覆是表面修饰的主要手段。目前，具有电化学活性的磷酸盐(FePO₄,AlPO₄等)、尖晶石型锰酸锂、碳(石墨烯、碳管、乙炔黑等)成为提高倍率性能的主要包覆材料；上述材料若形成均匀包覆结构，往往需要精确地控制反应速率，操作的可控性较弱。所以，有必要寻找一种可控性强，操作简易且表面修饰相源于原位相转变的表面改性技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种还原性离子基团诱导表面尖晶石转变的复合相表面修饰的富锂层状正极材料及制备方法，该方法优势在于修饰材料使用量少，工艺操作简单，结构可控性强，并且制得的复合修饰的富锂层状正极材料具有更好的电化学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种离子基团诱导复合相修饰的富锂层状正极材料，其特征在于，该富锂层状正极材料的组成是，内层为粒径50～200nm的富锂层状正极材料，外薄层为硫酸根部分取代的氧化钼，在内层与外薄层之间为硫代钼酸根和富锂层状正极材料表面的富锂相Li₂MnO₃原位反应生成的尖晶石相区和复合相区组成的中间层；外薄层厚度小于5nm，中间层厚度为10～30nm。

上述复合相修饰的富锂层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)溶胶凝胶法制备富锂层状正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂

在机械搅拌下，首先将Ni(CH₃COO)₂·4H₂O、Co(CH₃COO)₂·4H₂O、Mn(CH₃COO)₂·4H₂O和LiCH₃COO按金属离子的摩尔比依次为0.13:0.13:0.54:(1.21～1.25)溶解于去离子水中，配成金属总离子浓度为0.5～2.5mol/L的溶液记作溶液A；将柠檬酸溶解于去离子水中，配制成浓度为0.5～2.0mol/L的溶液记作溶液B，且柠檬酸与A溶液中镍离子的物质的量之比为(0.8～1.2):0.13；将溶液B逐滴逐滴加入到溶液A中，并滴加氨水调节混合溶液pH值为7.1～7.8，之后将混合溶液置于80℃恒温水浴反应4～7h，得到半凝胶，将半凝胶在100～120℃干燥12～24h，得到干凝胶，置于箱式炉中，以5～10℃/min的速率升温至450～500℃，保温3～5h，冷却至室温后得到的粉末再置于管式炉，在空气气氛中，以5～10℃/min的速率升温至800℃，保温16～20h，冷却至室温得到富锂层状正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂；