[发明专利]一种富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种均匀表面包覆和表面具有尖晶石结构的富锂锰基正极材料及其制备方法，改性基体为富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃•(1−x)LiMO₂，包覆物质为一种磷酸盐。在对富锂锰基正极材料包覆过程中进行表面处理，通过后续的煅烧过程得到均匀表面包覆和表面具有尖晶石结构的富锂锰基正极材料。本发明对富锂锰基正极材料进行均匀表面包覆和表面处理，可以克服传统表面处理造成材料循环稳定性变差，和惰性物质包覆造成材料放电比容量损失和倍率性能差的缺点。本发明提供的富锂锰基正极材料的改性方法，使改性后的材料具有提高的首次库伦效率，倍率性能，循环稳定性和高温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种均匀表面包覆和表面具有尖晶石结构的富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高放电比容量，高放电电压，高功率和环境友好的优点，因此被认为最有前景的储能装置。锂离子电池广泛应用于消费类电子产品，但是目前快速发展的电动汽车对锂离子电池的能量和功率密度提出了越来越高的要求。

锂离子电池的电化学性能与活性电极材料的性能密不可分，而目前正极材料的价格高于负极材料，而放电比容量却远低于负极材料，成为锂离子电池进一步发展的瓶颈。目前得到广泛研究的正极材料有钴酸锂，镍酸锂，锰酸锂，镍钴锰三元材料，尖晶石锰酸锂和磷酸铁锂等，这些正极材料都有各自的优点，但是也面临着放电比容量低(＜200mAh g-1)的问题，无法满足动力电池的要求。

而富锂锰基正极材料放电比容量高(～250mAh g-1)，工作电压高，价格低廉和对环境友好，因此被广泛研究。但是，富锂锰基正极材料也存在着首次不可逆容量损失大，循环稳定性差，热稳定性差，倍率性能差以及电压衰减严重等问题，限制了富锂锰基正极材料商业化应用。

针对富锂锰基正极材料存在的问题，常用的改性手段有掺杂，包覆和表面预处理等。其中，表面预处理可以减小材料的不可逆容量损失和提高材料的倍率性能。Zhang等采用水合肼处理Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O₂表面，材料表面出现尖晶石相异质结构，处理后材料的首效由73.4％提高到89.5％，倍率性能得到提高，2C下的放电比容量由170.7mAh g-1提高到191.7mAh g-1，但是材料的循环稳定性没有改善。Kang S H等用HNO₃对0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi0.44Co0.25Mn0.31O₂进行预处理，材料的首次库伦效率由81％提高到100％，但是处理后材料的循环稳定性下降。表面包覆可以对材料的循环稳定性有明显的改善作用。Lu等采用CeF₃对Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O₂进行包覆，材料的循环稳定性得到显著提升，但是惰性的CeF3包覆对材料的倍率性能改善不明显。

综上所述，表面预处理和均匀表面包覆对富锂锰基材料一方面性能改善明显，因此需要采用一种简便的改性方法，将两者结合起来，实现同时降低富锂锰基正极材料的首次不可逆容量损失，提高材料循环稳定性和倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种均匀表面包覆和表面具有尖晶石结构的富锂锰基正极材料及其制备方法，以改善单一改性方法的不足，使用该改性方法制备的富锂锰基正极材料具有首次库伦效率高，常温和高温下循环稳定性好，倍率性能好的优点。

本发明采用以下技术方案：

一种均匀表面包覆和表面具有尖晶石结构的富锂锰基正极材料，所述富锂锰基正极材料的表面包覆物质为磷酸钴，表面有尖晶石相存在，其中富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂为改性基体。