[发明专利]复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法、锂电池

说明书

本发明涉及一种复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法、锂电池，其中，在富锂锰基正极材料的表面包覆有复合碳材料，复合碳材料是由含有N和B中至少一种元素的COFs材料衍生得到。本发明中的复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料能够明显提高材料的电导率以及含有该材料的电池的倍率性能和循环性能，同时复合碳材料包覆更加均匀。本发明通过简单的一步碳化方法来制备复合多孔碳材料包覆富锂锰基正极材料，制备的多孔碳具有可控的比表面积和孔尺寸，并且制备方法简单高效，适于规模化制备合成。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法、锂电池。

背景技术

目前，层状氧化物因其高的平台电压和相对高的比容量作为正极材料被广泛地应用到商用锂离子电池领域，诸如3C、EV和ESS等。然而，拥有适中比容量的传统正极材料无法满足EV和HEV的续航里程要求。因此，开发新一代高能量密度正极材料显得尤为必要。

层状富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂【0x1，M＝Ni、Co、Mn、Al、V、Cr、Fe中一种或两种以上】因其高的比容量(～300mAh/g)被认为是最有前景的正极材料。拥有如此高的比容量是因为层状富锂锰基正极材料中的Li₂MnO₃组分在充电电压高于4.5V(vs Li/Li⁺)下作为活性相参与反应。然而，层状富锂锰基正极材料在实际使用中仍然存在以下关键问题：1)因氧释放和晶格中Li₂O不可逆移动导致的首周循环低的首效；2)低电子和锂离子导电性造成差的倍率性能；3)较差的循环稳定性；4)循环过程中出现的电压衰减。

为解决以上问题，常采用表面包覆、元素掺杂、异质结构、表面预处理和微纳结构等技术手段。其中，表面包覆能够有效保护电极材料，减少材料与电解液的副反应，防止锰离子溶解。同时，表面包覆能够在一定程度上阻挡氧的释出，保留锂、氧空位，稳定材料层状结构，提高首周可逆容量，改善循环性能以及抑制电压衰减。碳材料具备较强的电子电导，将其用作富锂锰基的包覆层能够有效提高材料颗粒间的电导性。同时碳的强还原性能够将材料表面的Mn⁴⁺部分还原至Mn³⁺，形成三维立方大通道的尖晶石相，有助于Li⁺的传输，从而提升含有该材料的电池的倍率性能。但是，现有的碳包覆技术，一般使用的碳源为蔗糖、葡萄糖等，其存在包覆不均匀，对富锂锰基正极材料的离子电导率以及含有材料的电池的倍率性能和循环稳定性提升不明显的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明的目的之一是提供一种复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法，解决了现有技术中碳包覆材料稳定性差、比表面积较小、包覆不均匀等导致的对材料的电导率以及含有该材料的电池的倍率性能和循环稳定性提升并不明显的技术问题。

本发明的目的之二是提供一种包含上述复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料的锂电池。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明一方面提供一种复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料，在富锂锰基正极材料的表面包覆有复合碳材料；所述复合碳材料是由含有N和B中至少一种元素的COFs材料衍生得到。

其中，这里的衍生是指COFs材料在高温环境下分解得到。

根据本发明一个较佳实施例，所述复合碳材料的质量为复合碳材料包覆的富锂锰基正极材料的总质量的0.5％～5％。