[发明专利]锰基富锂氧化物正极材料及其制备方法及应用其的电化学装置

说明书

本发明提供一种锰基富锂氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：提供一锰基富锂氧化物材料；将所述锰基富锂氧化物材料与中性水或高氧化性水溶液混合并加入一密闭容器中，搅拌均匀并在大于100℃的温度范围热处理0.5至10小时，得到前处理物混合液；对所述前处理物混合液进行固液分离，得到前处理物；将所述前处理物置于100℃至600℃温度下热处理至少30分钟，得到所述锰基富锂氧化物正极材料。本发明还提供一种锰基富锂氧化物正极材料及应用其的电化学装置。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锰基富锂氧化物正极材料及其制备方法及应用其的电化学装置。

背景技术

锂离子电池具备高能量密度、自放电少、循环寿命长和环境友好等优点，是21世纪清洁能源开发中的主要发展方向，目前已经广泛应用于移动电子设备、电动汽车和其他大型储能设备中。然而由于电动汽车的发展，人们对更高里程以及更快充电速率的要求日益提升。锂离子电池的核心组成主要有：正极材料、负极材料、电解液、隔膜四个部分，其中，正极材料较之负极材料(石墨碳材料)能量和功率密度相对较低，使得锂离子动力电池能量密度被限制。目前商业化的锂离子电池主要集中在尖晶石结构LiMn₂O₄、橄榄石结构LiFePO₄及层状LiCoO₂和三元材料中，然而其放电比容量都小于220mAh/g。因此，开发高容量、高倍率性能的正极材料已经成为下一代高性能锂离子电池的研究重点。

层状锰基富锂氧化物的放电容量能够高达300mAh/g。且，由于层状锰基富锂氧化物化学组成中含有大量的锰，使得层状锰基富锂氧化物的制造原材料相对于目前商业化的层状正极材料更加便宜。且，Li₂MnO₃比多数现有的正极材料更加稳定，比常规的正极材料具备更高的热失控温度阀值。然而，由于Li₂MnO₃组分锂离子扩散系数低，导电性差等原因，层状锰基富锂氧化物的倍率性能相较于常规的正极材料要差，提高层状锰基富锂氧化物正极材料的倍率性能是其商业化应用的前提。

尖晶石相结构具备三维的锂离子扩散通道，其锂离子扩散系数比层状结构的要高，通过在层状锰基富锂氧化物表面包覆一层尖晶石相的包覆层可以有效的提高其倍率性能。然而，现有的包覆工艺是通过在电极材料的表面附着一层具有尖晶石结构的材料，这种包覆层不仅难以控制其均匀性和厚度，而且在充放电循环过程中可能会脱落、失效。另外，表面包覆的工艺复杂，难以大规模应用于生产。在CN107215900B专利中，专利权利人通过把富锂锰基正极材料加入到磷酸二氢氨等弱酸中，通过Li⁺/H⁺离子交换反应后热处理得到表面含有尖晶石的富锂锰基氧化物正极材料，然而这方法需要比较苛刻酸度检测手段以及较长的反应时间和热处理时间。

如何解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种锰基富锂氧化物正极材料的制备方法、由该方法制备的锰基富锂氧化物正极材料以及应用所述锰基富锂氧化物正极材料的电化学装置。

本发明实施例提供一种锰基富锂氧化物正极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供一锰基富锂氧化物材料；

将所述锰基富锂氧化物材料与水或高氧化性水溶液混合并加入一密闭容器中，搅拌均匀并在大于100℃的温度范围热处理0.5至10小时，得到前处理物混合液；

对所述前处理物混合液进行固液分离并用水清洗，得到前处理物；以及

将所述前处理物置于100℃至600℃温度下热处理至少30分钟，得到所述锰基富锂氧化物正极材料。