[发明专利]一种磷酸铁锂包覆的富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种磷酸铁锂包覆的富锂正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来由于互联网应用的高速发展以及人们对地球环境问题的持续关注，移动终端(特别是智能手机)和电动汽车领域对高能量密度电池的需求加大，大比容量和高工作电压的正极材料受到越来越大的关注。目前商用的正极材料LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄和三元LiMn_xCo_yNi_1-x-yO₂的放电比容量都低于200mAh/g。相比之下，富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂拥有超过250mAh/g的放电比容量，同时其高的工作电压、低的生产成本和环境友好等优点，在近几年不断发展下，有望成为新一代的锂离子电池正极材料。

虽然富锂正极材料具有高的可逆容量和低成本的优势，但是也存在着首次库伦效率低和循环寿命不足等缺点，严重制约了富锂正极材料在实际中的应用。富锂正极材料的高容量来源于首次充电过程中在高电压下Li₂MnO₃的活化过程，也就是晶格中Li₂O的不可逆脱出同时伴随氧空位的产生。因为这个不可逆的活化过程以及电解液在高电压下的分解，导致了富锂正极材料低的首次库伦效率。充放电过程中富锂正极材料由层状结构向尖晶石结构的转变是造成富锂正极材料循环性能差的主要原因。

为了进一步提高其首次库伦效率和循环性能，我们用简单沉淀法制备了LiFePO₄包覆的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂(LMNCO)富锂正极材料，紧接着的焙烧过程用来加强界面的结构稳定性。相比于未包覆的材料，包覆后的富锂正极材料具有更大的放电比容量、高的首次库伦效率和良好的循环性能，特别是高倍率下的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种磷酸铁锂包覆的富锂正极材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种磷酸铁锂包覆的富锂正极材料，包括富锂材料和包覆在富锂材料表面的磷酸铁锂，其化学式为LiFePO₄-Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂，结构为层状α-NaFeO₂结构，层状的空间群为其中磷酸铁锂的质量百分比为3-7％。

本发明的另一个目的在于提供一种磷酸铁锂包覆的富锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂：按照Li:Mn:Ni:Co的摩尔比为1.32:0.54:0.13:0.13称取LiCOOCH₃·2H₂O、Mn(COOCH₃)₂、Ni(COOCH₃)₂·4H₂O和Co(COOCH₃)₂·4H₂O，溶于去离子水中，配成混合盐溶液；按照柠檬酸：金属离子＝3:1，将柠檬酸水溶液加入到混合盐溶液中，加热到80℃，磁搅拌4h，形成粉红色透明凝胶；将凝胶移入到鼓风干燥箱中干燥，在箱式炉中480℃空气氛围下预烧5h，取出研磨，再移入马弗炉中900℃煅烧12h，制得Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂粉末；