[发明专利]一种碳和氧化镧共包覆改性镍锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳和氧化镧共包覆改性镍锰酸锂正极材料的制备方法，属于改性镍锰酸锂正极材料技术领域。制备方法为：（1）称取碳酸锂、二氧化锰和氧化镍，加入乙醇或水，研磨混合，烘干、烧结得到镍锰酸锂正极材料；（2）配制海藻酸钠溶液和金属镧盐溶液，将步骤（1）得到的正极材料加入到海藻酸钠溶液中，搅拌，然后将混合物逐滴加入金属镧盐溶液中，滴加完毕后，抽滤、洗涤、干燥，在惰性气体中煅烧，得到碳和氧化镧共包覆的镍锰酸锂正极材料。本发明方法得到的正极材料，在1C倍率下循环200次后，常温下容量保持率可达93%，高温55℃下容量保持率为90%，极大提高了镍锰酸锂正极材料常温及高温下的比容量和循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及改性镍锰酸锂正极材料技术领域。

背景技术

锂电池具有工作电压高、能量密度与功率密度大、无记忆效应、循环寿命长、环境友好以及自放电率低等众多优点。作为商用二次电源中性能优异的电池之一，锂离子电池被广泛地应用在手机、笔记本电脑、照相机等便携式电子产品以及电动自行车等中小型交通设备领域。目前，在锂电池中，正极材料不仅作为电极材料直接参与电化学反应，而且是反应中锂离子的主要提供者，其性能直接影响电池的各项特性和指标，是锂电池技术的核心和关键。作为目前正极材料的研究热点之一，高电压尖晶石型镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄)具有放电电压高、能量密度高、安全性优异、成本相对低廉等优点。镍锰酸锂的能量密度达到650 Wh kg^-1, 显著高于传统材料的能量密度如钴酸锂（518 Wh kg^-1)、锰酸锂（400 Whkg^-1)、磷酸铁锂（495 Wh kg^-1)，并且镍锰酸锂正极材料制备进程中不需要气氛保护，可以直接在空气气氛下烧结合成，所以其很适合规模化生产，具有极大的研究价值和应用前景。

然而，由于功率密度与能量密度方面的限制，其在电动汽车、混合电动汽车以及智能电网等大型领域的应用遇到了难题。由于镍锰酸锂正极材料具有4.7V的高电压平台导致该材料在充放电过程中存在倍率性能和循环性能较差等问题。主要原因是：一、在充放电过程中镍锰酸锂材料的结构被破坏，使锂离子不能正常回嵌，造成容量衰减；二、其高电压使电解液分解，分解产物会与电极材料发生反应，增大内阻，阻碍锂离子的脱嵌，损耗锂源，导致容量衰减，使循环寿命受到影响，因此对镍锰酸锂材料进行改性，寻找高能量与功率密度的电极材料成为了解决这一问题的关键所在。

现有技术中的包覆材料主要为单一的单质或化合物，包括金属单质、金属氧化物、磷酸盐或其他无机物等。

CN109088062A公开了一种聚酰亚胺包覆、卤族元素掺杂改性的镍锰酸锂材料的制备方法，其中采用聚酰亚胺对镍锰酸锂正极材料进行包覆改性、卤素掺杂，包覆材料为单一化合物，并且聚酰亚胺导电性较差，因此我们采用具有良好导电性的碳材料为包覆物，并与金属氧化物氧化镧共同包覆，使其形成致密的共包覆层，有效防止电解液在5V高电压下与电极材料表面发生副反应，进而提高材料的电化学性能。

CN104347855A公开了一种磷酸盐包覆镍锰酸锂的制备方法及应用，首先制备镍锰酸锂正极材料，然后用磷酸盐对正极材料进行包覆改性，但是单一磷酸盐改性对正极材料功率密度与能量密度改善并不高，并且磷酸盐的包覆增大了材料和电解液之间的电阻，阻碍了锂离子的嵌入和脱除。

CN109888208A公开了锂离子电池正极材料及其制备方法，正极材料为钴酸锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂、镍锰酸锂或镍钴酸锂，并公开了三种包覆材料：锂钛复合氧化物、锂锆复合氧化物和或锂磷复合化合物，但是包覆时仅从中选择其中一项，改性效果较差，常温及高温下的比容量和循环稳定性能较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种倍率性能和循环稳定性能优良的镍锰酸锂正极材料。