[发明专利]一种表面构筑离子导体-电子导体混合包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种表面构筑离子导体‑电子导体混合包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，包括富锂锰基正极材料内核和离子导体‑电子导体混合包覆层；所述离子导体‑电子导体混合包覆层为离子导电物和电子导电物混合交联的表面修饰层，其中离子导电物为氟基聚阴离子化合物，电子导电物为环化后的聚丙烯腈。本发明制备工艺简单，易于操作，协同包覆构筑具有嵌锂活性物质的异质结构，在高电压下可以稳定富锂材料与电解液间的界面，抑制电解液与富锂发生副反应，提高材料的循环稳定性和倍率性能，显著改善电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种表面构筑离子导体-电子导体混合包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

环境污染和能源危机问题是近年来的两个热点问题，引起了人们的广泛关注，化石能源的储量以及使用产生的污染问题已迫在眉睫。为了响应国家的碳减排号召，大力发展新能源及其储存技术势在必行。其中，锂离子电池作为新能源储能技术的代表，在3C、储能和动力电池领域有着重要的地位，而正极材料作为锂离子电池的核心部分，对锂离子电池的性能起着至关重要的作用。因此，有必要制备性能良好的锂离子电池正极材料。

当前商业化所用的锂离子电池正极材料基本为LiCoO₂(LCO)、 LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(NCM)、LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂(NCA)、LiFePO₄(LFP)和LiMn₂O₄ (LMO)，但LCO、NCM和NCA的造价成本高且安全性能较差，LFP和LMO 的体积能量密度低，无法满足新能源行业的发展要求。因此，有必要开发更高能量密度、更低成本和更高安全性的正极材料。富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Ni,Co,Mn0x1)因其具有超高的能量密度(理论比容量250mAhg^-1)、高工作电压、低成本、高安全性和污染小的优势，被视为下一代锂离子电池正极材料的理想之选。虽然富锂材料具有超高的容量，但同样存在极为严重的问题，首效低、容量衰减严重、倍率性能差、电压降等问题限制了富锂材料的实际生产应用。

富锂的高容量主要来源于Li₂MnO₃相中氧阴离子的氧化还原，氧阴离子的不可逆脱出导致过渡金属离子发生迁移，破坏晶体结构，发生由层状向尖晶石相和无序岩盐相的不可逆转变。此外，高电压下富锂与电解液界面不稳定，易发生副反应，使电解液发生变质产生HF等物质，破坏富锂表面结构，导致过渡金属溶解。因此，必须要改善它的结构稳定性和电化学性能，对材料进行改性，使其具有良好的循环稳定性。表面修饰是目前改善富锂锰基正极材料电化学性能最简便也是最行之有效的一种手段。传统的表面包覆物质如金属氧化物，是电化学惰性材料，仅起到物理屏障的作用，同时还会损失富锂部分容量；磷酸盐或有机物包覆只能单一的导离子或者导电子，仅起到一方面的作用，而且某些有机包覆物在高电压下并不稳定，改善效果有限。

发明内容

针对现有表面改性技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面构筑离子导体-电子导体混合包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法，包括富锂锰基正极材料内核和离子导体-电子导体混合包覆层；所述离子导体-电子导体混合包覆层为离子导电物和电子导电物混合交联的表面修饰层，其中离子导电物为氟基聚阴离子化合物，电子导电物为环化后的聚丙烯腈，其制备工艺简单，易于操作，改性后的富锂锰基正极材料电化学性能得到明显改善，具有广阔的发展前景。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：