[发明专利]一种核壳结构的富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

一种核壳结构的富锂锰基正极颗粒的制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。其特征在于先制备前驱体粉体，再将前驱体粉体与锂源烧结得到富锂锰基正极颗粒，颗粒具有核‑壳结构，核为基体，基体化学式为：Li(Li_δNi_xCo_yMn_{1‑x‑y‑δ})O₂，其中，x>0，y>0，δ>0，1>1‑x‑y‑δ>0；所述基体的粒径为1～20μm；壳为包覆层，包覆层化学式为Li(Li_λNi_hCo_kMn_{1‑h‑k‑λ})_1‑zM_zO₂，其中，M选自Ti、Zr、Al、Mg、Mo、Cr、V中的一种或多种；其中h>0，k>0，λ>0，1>1‑h‑k‑λ>0且0<z<0.5。本发明能调控表面包覆层的性能，提高正极材料的循环稳定性，且工艺简单，操作方面，材料成本低，与现有的富锂锰基正极前驱体工艺完全相容，有效地较低了包覆改性的成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种核壳结构的富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有比能量高、循环寿命长和放电性能稳定等优点。近年来，锂离子电池在新能源汽车方面的应用使其又成为人们研究的焦点。锂离子电池成为首选电源，但电池材料是锂离子电池产业链的关键环节，其性能和成本能够在很大程度上影响锂离子电池及新能源产业的发展，因而成为引领锂离子电池发展的重要方面。因此,以电动汽车和电网蓄能为重大应用背景的新一代锂离子动力电池关键技术的突破对我国新能源产业的发展影响重大。在中国制造2025里面，我国提出了动力电池的目标是能量密度达到350Wh/kg。电池的能量密度主要取决于电极材料的能量密度，因而实现这一目标必然要求电极材料的能量密度有大幅度的提高。

近年来，富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Ni、Co、Mn)成为研究的主流正极材料之一。富锂层状正极材料因具有高比容量、低成本、高安全性和环境友好等特点，被视为下一代锂离子电池正极材料的理想之选。但是其在实用化进程中仍存在一些关键问题有待解决，如首次不可逆容量大、循环容量衰减严重等。

因为电极材料在充放电循环过程中，点阵常数随着锂离子的脱出或嵌入发生周期性变化，因而产生周期性应力，在较小的应力下，电极也会发生断裂、粉化。尽管材料的表面副反应与表面相变通常被认为是导致容量降低的原因，但防止正极颗粒的断裂、粉化仍是保持容量的关键，因为颗粒的断裂、粉化会产生更多的新表面从而发生更严重的表面副反应和表面相变，此外，颗粒的断裂、粉化也会造成颗粒接触不良从而降低容量。因此如何克服这些缺点决定了富锂锰基正极材料的实用化进程。

研究表明，表面修饰有利于稳定材料表面结构，防止电极材料与电解液之间的副反应产生，提高材料的循环稳定性；同时，修饰层能稳定表面层结构，阻碍表面相变。更为关键的一点是修饰层必须具有较好的力学性能，能防止正极颗粒断裂，否则，断裂产生的大量新表面将使修饰层失去意义。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种在富锂锰基正极颗粒表面制备可控成分的包覆层的方法。该方法可控制包覆层的成分和包覆层的厚度。