[发明专利]一种富锂锰基材料、其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种富锂锰基材料、其制备方法以及应用，所述富锂锰基材料包括三元材料以及包覆在三元材料表面的锂磷氧氮离子导体层，所述锂磷氧氮离子导体层的厚度为0.1‑10nm；通过在三元材料表面酸处理并包覆锂磷氧氮离子导体层，降低材料表面残碱量的同时有效降低材料中Li⁺/Ni²⁺混排；锂磷氧氮不仅具有高离子电导率，其化学稳定和机械强度也很高，可以有效抑制正极材料与有机电解液间的反应，从而使制备的富锂锰基材料具有较好的倍率性能和循环稳定性；制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，有望应用于工业化生产；将该富锂锰基材料应用到电池中可以增加锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种富锂锰基材料、其制备方法以及应用。

背景技术

伴随着便携式电子产品高性能化发展趋势及在新兴领域的广泛应用，对锂离子电池性能的要求越来越高，富锂锰基正极材料因其实际放电比容量是目前主流正极材料的两倍左右；另外由于材料中Mn元素的含量较大，与LiCoO₂以及镍钴锰三元电极材料相比，不仅价格低廉，安全性也有很大的提升，富锂锰基正极材料被认为是下一代锂离子电池正极材料的理想选择。

在富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂中，Li₂MnO₃相属于单斜晶系，空间群为C2/m，其(001)方向与LiMO₂(六方晶系，R-3m)的(003)方向重合，可见单斜晶系的Li₂MnO₃结构与六方层状LiMO₂结构是非常相似的，可以认为由一个Li和两个Mn原子周期序列取代LiMO₂中的M层。因此，这两种结构都可以被认为是层状的α-NaFeO₂型岩盐结构。Ni有助于提高电池容量，但是由于Ni²⁺的半径(0.069nm)与Li⁺的半径(0.076nm)接近，因此Li⁺易与Ni²⁺混排造成锂析出，表面锂碱的存在导致在较高电压下操作时形成Li₂O和CO₂气体，这降低了充电和放电容量之间的库仑效率，从而影响材料的循环性能。此外，由于阳离子混合，活性材料不能提供高容量，降低了电极的容量。在申请号201810592154.2中发明专利就公开了一种富锂锰基正极用磷酸盐类添加剂的制备方法，可以使富锂锰基正极材料与导电剂在充放电循环中具有更稳定的固体电解质相界面，有利于富锂锰基正极材料循环性能的提高。

目前针对富锂材料表面残锂的主要改性手段表面包覆、表面预处理、与其他化合物复合等方法，但这些方法均会降低富锂锰基正极材料的比容量。针对Li⁺易与Ni²⁺混排问题鲜有报道。

因此，开发一种电化学性能好的电极材料非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富锂锰基材料及其制备方法和应用，所述富锂锰基材料通过在制备过程中对三元材料表面进行改性，有效的降低材料中Li⁺/Ni²⁺混排的同时降低材料表面残碱量并提高了材料的稳定性，使改性后的材料具有高的首次库伦效率和循环稳定性；制备方法简单，原料易得，价格低廉，易于实现，有望应用于工业化生产；将该富锂锰基材料应用到电池中可以增加锂离子电池的电化学性能。

本发明的目的之一在于提供一种富锂锰基材料，所述富锂锰基材料包括三元材料以及包覆在三元材料表面的锂磷氧氮离子导体层，所述锂磷氧氮离子导体层的厚度为0.1-10nm，例如0.1nm、1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm等。