[发明专利]一种复合富锂正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种复合富锂正极材料及其制备方法和用途。所述正极材料包括一次颗粒堆积形成的二次颗粒，所述一次颗粒包括层状富锂锰基材料，以及包覆在所述层状富锂锰基材料表面的包覆层，所述包覆层包括具有三维锂离子扩散通道的正极活性物质；所述正极活性物质的化学式为Li_aV_bMn_c(N)_a，其中2a≤5，0≤b≤2，0≤c≤1，N包括SO₄^2‑、VO₄^3‑、TiO₄^4‑、SiO₃^2‑、BO₃^3‑、MoO₄^2‑、AlO₂^‑或BiO₃^‑中的任意一种或至少两种的组合。所述正极材料具有优异的结构稳定性和循环性能，所述包覆层弥补非电化学活性包覆材料会降低电池比容量的不足。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种复合富锂正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着人们对能源需求的日益增大，目前市场上主流的锂离子电池的正极材料如LiCO₂、LiNiO₂、三元材料、LiMn₂O₄和LiFePO₄等，在未来将无法满足人们的需要。因此迫切需要寻找具有高能量密度的锂电正极材料。富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiAO₂(A＝Co，Ni，Cr，Fe)比容量高，工作电压高，价格低廉和对环境友好，被广泛研究。

但是，由于在高的充电平台下，富锂锰基正极材料表面不可逆的氧释放造成首次不可逆容量损失大，循环过程中电压衰减，倍率性能差等问题，一直使具有阴离子的氧化还原的正极材料无法商品化应用。

由于很多的研究人员认为富锂锰基正极材料首圈充放电过程中不可逆的氧的氧化还原是从材料表面开始，并向内部扩散，这种不可逆的氧化还原反应会造成氧损失，进而导致相转变的产生，同时材料易受到电解液的腐蚀，使循环稳定性降低。因此，表面包覆可以使电极材料免受电解液腐蚀，同时减少晶格中氧的损失，提高循环稳定性。

目前，对富锂锰基正极材料表面包覆的物质有金属氧化物、氟化物、石墨烯等碳材料。CN110212189A公开了一种富锂锰基材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：将钒酸盐放入溶剂中，加热并搅拌使其溶解成钒酸盐溶液，加入氨水调节pH值，加入富锂锰基材料形成悬浮液，加热并不断搅拌使悬浮液中的水分蒸发掉，先送入鼓风干燥箱中烘干，再经煅烧、球磨、过筛，制得富锂锰基材料。所述方法能有效地在富锂锰基材料表面形成致密的五氧化二钒包覆层。

CN106058203A公开了一种以磷酸锆为外包覆、氟化钙为内包覆的双包覆富锂锰基材料的制备方法。所述方法包括以下步骤：搅拌条件下将氨水和氢氧化钠混合溶液滴加到含有锰盐、钴盐和镍盐的混合溶液中，得到氢氧根前驱体；然后将氢氧根前驱体与锂源反应，即得到锰基层状富锂氧化物；再将制得的锰基层状富锂氧化物加入到钙盐溶液中，并滴入氟化物溶液，抽滤煅烧得到氟化钙包覆的锰基层状富锂氧化物；然后将煅烧后氟化钙包覆的锰基层状富锂氧化物加入到pH为7～7.5的磷酸锆悬浊液中，待充分混合后，抽滤煅烧得到最终产物，即以磷酸锆为外包覆，氟化钙为内包覆的双包覆富锂锰基材料。