[发明专利]一种表面锰掺杂及Li-Mn-PO4

说明书

本发明公开一种表面锰掺杂及Li‑Mn‑PO₄包覆高镍正极材料及其制备方法和应用。该材料包括基底材料和位于所述基底材料表层的Li‑Mn‑PO₄包覆层；其中，所述基底材料为表面掺杂锰离子的高镍正极材料，所述的化学式为LiNi_xM_yO₂，其中0.6≤x1，0y≤0.4，且x+y＝1。制备时将醋酸锰、磷酸二氢铵与前驱体混合，之后再混锂煅烧，一步得到锰离子表面掺杂及Li‑Mn‑PO₄表面包覆的高镍正极材料。表面包覆与掺杂的协同作用稳定了材料结构，除去了材料表面的残锂，稳定了电极电解质界面，从而提高材料的电化学性能。本发明所介绍的方法简单易行，可工业化大规模应用。

技术领域

本发明涉及一种表面锰掺杂及Li-Mn-PO₄包覆高镍正极材料及其制备方法和应用，属于化学储能电池领域。

背景技术

随着环境污染以及能源危机的不断加剧，开发和使用新型无污染的能源材料已经成为了人们的研究热点。锂离子电池因其具有较高的能量密度、较长的循环寿命、无记忆效应和污染小等特点，已广泛应用于电动汽车、混合动力汽车以及便携式设备等。目前商品化应用的锂离子二次电池正极材料中，高镍层状材料LiNi_1-xM_xO₂(0x≤0.4)由于具有高比容量、高能量密度和环境友好等特点，逐渐在锂离子电池市场中占据重要位置。

随着镍含量的增加，高镍材料的容量随之增加，但是循环性能会变差。镍含量增加，Ni²⁺占据Li⁺的空间位置加剧，阳离子混排加重，在充放电过程中材料的结构将发生不可逆变化，使材料发生相变，破坏材料的循环稳定性。此外，高镍材料易与空气中H₂O、CO₂反应生成LiOH和Li₂CO₃。LiOH和Li₂CO₃含量的增加一方面使电池的加工难度加大，极化增大使电化学性能变差；另一方面，和电解液中微量HF反应，不仅会引起高温充电状态下气胀，还会加速LiPF₆分解生成更多HF。HF的存在也加速了过渡金属离子在电解液溶液中的溶解，使材料的循环性能和储存性能变差。

发明内容

本发明提供一种改性高镍正极材料，所述材料包括基底材料和位于所述基底材料表层的Li-Mn-PO₄包覆层；

其中，所述基底材料为表面掺杂锰离子的高镍正极材料，所述基底材料的化学式以LiNi_xM_yO₂表示，其中0.6≤x1，0y≤0.4，且x+y＝1。

其中，M可以代表Mn和Co。

根据本发明的技术方案，所述Li-Mn-PO₄包覆层占所述基底材料质量的 0.2-2％，例如0.5-1％。

根据本发明的技术方案，所述高镍正极材料中，锂、镍、钴的摩尔比可以为1:(0.85-0.95):(0.05-0.15)，例如1:(0.88-0.93):(0.07-0.12)，示例性地，摩尔比可以为1:0.9:0.1。

根据本发明的技术方案，所述锰离子在所述改性高镍正极材料中的掺杂质量占基底材料质量的0.2-2％，例如可以为0.3-2％、0.2-1.5％。

根据本发明的技术方案，所述Li-Mn-PO₄包覆层的厚度为0.5-10nm，例如 1.5-5nm。

根据本发明的技术方案，所述改性高镍正极材料的二次颗粒为球形或类球形分布。进一步地，所述改性高镍三元正极材料的粒径可以为5-20μm，例如 7-10μm。