[发明专利]一种富锂氧化物正极材料的改性方法

说明书

本发明涉及一种富锂氧化物正极材料的改性方法，属于新能源技术领域。使用加热通氩气的方法进行处理，具体包括三个步骤：碳酸盐前驱体的制备、富锂锰基正极材料的制备和氩气加热处理富锂锰基层状正极材料产生氧空位的制备。该方法能够改善富锂锰基层状正极材料的倍率性能、循环稳定性能，并且能够抑制富锂锰基层状正极材料中过渡金属离子的析出和电压衰减，同时可以减少氧气的析出。本发明方法合成工艺简单，生产效率高，适宜规模化生产。且本方法具有反应物所需原料易得，无毒且成本低廉，生产过程无需特殊防护，反应条件容易控制，所得到的产物具有产量大、结果重复性好等优点。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种富锂氧化物正极材料的改性方法。

背景技术

富锂锰基层状正极材料由于具有高的比容量(250mAh g^-1)和高的能量密度(1000wh kg^-1)，近些年受到人们的极大关注，被认为是下一代高比能动力电池正极。截止到目前，全球市场还没有完全成熟的商品化富锂锰基正极材料，主要是因为存在如下几个问题，首先是循环稳定性较差，不能够满足长循环状态下稳定的容量和功率输出。其次是循环过程中电压衰减严重，电压衰减严重降低了动力电池在使用过程中的功率密度。还有就是较低的倍率性能，这严重限制了动力电池进行快速充电的实现。针对于这些主要问题，目前进行了许多基础的机理探究，其中大多数认为这些问题主要与以下几点相关：首先是富锂电池在进行高压充放电过程中伴有氧气的产生，氧气会与电解液进行反应，加速对材料的腐蚀，破坏材料的晶体结构。其次是充放电过程中伴有不可逆相变，这导致了晶体结构发生了不可逆的变化，如层间距减小以及晶体应力的巨大变化致使晶体结构坍塌。最后是在循环过程中过渡金属离子与电解液发生反应其被还原而溶解到了电解液中引起晶体结构破坏。基于这些相关的研究，许多的改进方法被提出用以改进富锂锰基正极材料的相关性能，其中最多的研究是表面包覆和体相或者表面金属元素掺杂。这些方法在一定程度上均可改善富锂材料的相关性能。但是这些方法较为复杂，耗能较高，经济效益不够明显。需要在此基础上进一步改进。其中表面缺陷工程具有非常重要的开发价值，它会改变材料的能带结构以及电子结构等，这一点已经在催化材料中得到验证。因此将表面缺陷工程引入到富锂锰基正极材料中显得尤为重要。这主要是因为表面缺陷在一定程度上可以抑制氧气的析出，稳定晶体结构和增大层间距，因此提高了电池的电化学性能。但是关于富锂锰基正极材料的表面缺陷的研究还比较少，且大多数制备工艺较为复杂，对实际应用有较大的挑战。因此，开发更有效，廉价和操作简单的改性方法显得极为重要。在氩气气氛下加热富锂正极材料，可以使材料表面产生氧空位。此种发放操作简单，并且能够极大的提高材料的相关性能。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述背景技术中的问题，而提出的一种富锂氧化物正极材料的改性方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种富锂氧化物正极材料的改性方法，采用直接加热氩气法产生氧空位，该方法包括以下步骤：

S1、碳酸盐前驱体的制备:

1)将钴的金属盐、镍的金属盐和锰的金属盐溶于纯水中，得到金属离子混合溶液；

2)配制摩尔浓度为1～3mol/L的碳酸盐沉淀剂溶液，磁力搅拌下将该沉淀剂溶液加入到上述金属离子混合溶液中，产生共沉淀产物；

3)将上述共沉淀产物，搅拌6～18小时后，对共沉淀产物进行离心分离，分别用去离子水清洗三次及无水乙醇清洗沉淀物两次；

4)将上述沉淀物置于80℃烘箱中干燥24小时，得到碳酸盐前驱体，碳酸盐前驱体的分子式为：(Mn_0.1～0.9Ni_0.1～0.8Co_0～0.5)_1.25CO₃·2H₂O；

S2、富锂锰基层状正极材料的制备：