[发明专利]一种基于有机物‑氨水的富锂锰基锂离子电池正极材料的改性方法及其改性正极材料

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料改性技术领域，尤其涉及一种基于有机物-氨水的富锂锰基锂离子电池正极材料的改性方法及其改性正极材料。

背景技术

日益严峻的能源和环境问题加剧了人们对先进能量存储和转换装置的渴求。近年来，锂离子电池的使用范围越来越广，包括电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、智能电网储能、新能源(风力、太阳能等)发电储能、单兵作战系统能源等领域的应用。其中高性能、低成本正极材料的开发是锂电池LIB在这些领域得以实际应用的关键。

近年来，富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x)Li Mn_yNi_zCo_1-y-z O₂(0≤y≤1，0≤z≤1，0＜y+z≤1，由于兼具放电比容量高、工作电压范围宽、热稳定性好、成本低等诸多优点被认为是一种符合下一代LIB发展需求的新型正极材料。然而由于富锂材料在首次充放电过程中存在晶格氧释放，且在充放电过程中易受电解液腐蚀，导致其结构失稳，循环稳定性差。针对上述问题，人们开展了大量改善富锂正极材料表/界面理化特性的研究工作。如Song[B.H.Song,H.W.Liu,Z.W.Liu，P.F.Xiao,M.O.Lai,L.Lu,High rate capability caused by surface cubic spinels in Li-rich layer-structured cathodes for Li-ionbatteries,Sci.Rep.,3:3094，2013]等人采用导电碳(Super P)高温还原法在Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂表面原位制备了立方相尖晶石结构包覆层，该包覆层能够使富锂正极材料首次充放电效率和10C倍率下放电比容量从78％和100mAh/g提高到93.4％和200mAh/g。又如Yang[ChengYang,Qian Zhang,Weixiang Ding,Jun Zang,Ming Lei,Mingsen Zheng,and Quanfeng Dong,Improving the electrochemical performance of layered lithium-rich cathode materials by fabricating a spinel outer layer with Ni3+.Journal of Materials Chemistry A,2015，3(14):7554-7559]等人通过将Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂表面用过硫酸铵进行处理，然后经过热处理使正极材料表面形成尖晶石包覆层，显著提高了材料的循环和倍率性能。然而上述方法都存在制备过程不易控制，实用性不强等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种改性步骤易控、成本低廉、环境友好、能有效稳定富锂正极材料体相结构以及表界面理化特性的改性方法及其改性正极材料。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种基于有机物-氨水的富锂锰基锂离子电池正极材料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将有机物溶于去离子水中，加入氨水，得到有机物-氨水溶液；

(2)将富锂锰基锂离子电池正极材料加入到步骤(1)后得到的有机物-氨水溶液中，进行加热搅拌处理，蒸干，得到改性正极材料的前驱体粉体；

(3)将步骤(2)得到的前驱体粉体在空气中进行后续烧结处理。

蒸干的目的在于使得混合液中的有机物能够最终包覆在改性材料颗粒表面，如果采取过滤的方法虽然在材料颗粒表面也会粘附少量的有机物，但是其数量较少，且工艺不易控制。

上述的改性方法，优选的，所述步骤(1)中，有机物包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖和麦芽糖中的一种或多种。

优选的，所述步骤(1)中，有机物-氨水溶液中有机物的浓度为2-40g/L，有机物-氨水溶液的pH值为6-14。