[发明专利]一种高容量富锂层状正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高容量富锂层状正极材料及其制备方法，该方法是将钕盐或氧化钕与Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂按照一定的质量比加至90％的乙醇水溶液中，混合均匀并烘干，并将混合物通过高温热处理，使Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂表面形成致密的Nd₂O₃层，获得最终产物Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂/x％Nd₂O₃(0.1≤x≤10)。Nd₂O₃包覆层阻止Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂与电解液直接接触，避免Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂溶解于电解液中或发生副反应，同时可消除富锂材料中Li⁺的嵌入/脱出过程中因体积膨胀和收缩而产生的脱落现象，从而显著提高其循环性能。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种高容量层状富锂正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着智能手机、笔记本电脑和电动工具等新兴的高技术便携式电子设备的快速发展，人们对锂离子电池的性能要求不断地提高，如可逆充放电容量高、循环寿命长、工作电压高和自放电率低等要求。然而目前锂电池正极材料较低的容量和工作电压不能满足人们对高性能锂离子电池的要求。层状富锂材料可以用通式xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(其中M为Mn、Ni、Co等)，具有很高的比容量(＞250mAh·g^-1)和较高的工作电压，另外其拥有较好的循环稳定性能，而且含锰和镍的原料具有价格相对便宜、对环境友好等优点，因此，引起了人们的广泛关注，被认为是最有前途的锂离子电池正极材料之一。

虽然富锂材料有以上诸多的优点，然而其不理想的首圈库仑效率和较低的循环性能制约了它的发展。为了改善富锂正极材料的循环性能，研究人员做了大量的研究工作，其中表面修饰是主要的改性方法之一。结构稳定的氧化物常用于包覆电极材料的表面，报道的包覆物主要包括例如Al₂O₃，V₂O₅，Sm₂O₃，MnO₂，ZnO和MgO等氧化物，包覆物对活性材料的表面进行包覆，能避免活性物质与电解液的直接反应，抑制固态电解质膜(SEI)进一步增厚，进一步稳定SEI，从而提高正极材料的循环性能。包覆一定量的导电性能和机械性能较好的氧化钕(Nd₂O₃)，既可以避免活性材料直接与电解液接触，又可以提高材料的导电性能，并可以减小活性材料在充放电过程中体积收缩和膨胀对循环性能的负面影响，从而提高正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂的循环性能。而到目前为止，未见通过Nd₂O₃包覆改善富锂材料电化学性能的报道。

发明内容

本发明的目的在于解决现有富锂材料充放电时循环以及倍率性能较差的问题，提供一种Nd₂O₃包覆的高容量层状富锂正极材料Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂及其制备方法。