[发明专利]一种富锂锰基正极材料的气相包覆方法

说明书

本发明提供了一种富锂锰基正极材料的气相包覆方法，包括以下步骤：A)将富锂锰基正极材料与聚合物碳材料不接触的置于同一容器中，在保护性气体气氛下，加热使所述聚合物碳材料热解；B)将所述步骤A)得到的材料水洗后干燥，得到有机碳层包覆的富锂锰基正极材料。本发明采用有机聚合物热解气相产物对富锂锰基正极材料表面进行包覆，气固接触使该方法得到的有机碳包覆层均匀度极高，可有效避免固固包覆存在的包覆不均匀问题；包覆的有机碳层可有效抑制电解液对正极材料表面侵蚀，缓解材料表面Mn⁴⁺等过渡金属离子溶解，同时抑制电解液氧化分解；包覆层均匀致密，可有效抑制首轮放电过程中氧气溢出，改善材料循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种富锂锰基正极材料的气相包覆方法。

背景技术

目前，商用锂离子电池正极材料主要有钴酸层状锂材料LiCoO₂，三元层状材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0x1,0y1)，以及橄榄石型磷酸铁锂材料LiFePO₄，不论对于3C电子产品还是近年来逐渐发力的新能源电动汽车，现有的锂离子电池容量很难使消费者们摆脱电池续航焦虑。因此，有必要开发具有更高能量密度的锂离子电池正极材料。富锂锰基正极材料Li_1+xNi_yCo_zMn_1-x-y-zO₂(0x1，0y1-x，0z1-x)由于其高的实际放电比容量(250mAhg-1)及放电电压(3.5V)，使其具备远高于现有锂离子电池正极材料的质量能量密度，因此很有希望成为下一代主流电池正极材料。

然而作为一种新型材料，其仍存在部分技术瓶颈亟待解决，由于富锂锰基正极材料主要组成元素过渡金属Mn⁴⁺价态较高，容易在循环过程中与电解液发生副反应导致其表面结构恶化，此外，在充放电循环过程中存在阴离子O^2-参与氧化还原，准表面层更容易释放氧气导致结构稳定性较低，以上两种机制导致的直接结果是富锂锰基正极材料循环容量及电压稳定性较差。因此，有必要开发一种循环容量及电压高稳定性富锂锰基正极材料。

中国专利CN 111634957 A提出利用碳包覆混合溶剂热掺杂对富锂锰基材料进行改性，提高其放电容量及倍率性能。通过与只掺杂金属元素的富锂材料比较，掺杂后的富锂锰基材料与低沸点长链碳混合烧结合成共改性富锂锰基材料容量倍率及循环性能均有所改善。由于氧气的氧化分解，该包覆方法最终包覆在材料表面的为碳单体，虽然该包覆方法可以提高富锂锰基材料表面电导率，但该方法仍需两步操作，首先需要机械混匀，其次经高温烧结。此外，此方法包覆过程为固固接触，难免存在包覆不均匀现象，导致部分材料表面仍不可避免的与电解液发生副反应，导致材料结构稳定性下降与表面金属阳离子析出，同时电解液部分氧化分解。

中国专利CN 108183216 A中公布了一种利用长链碳有机溶剂混合热处理的液相碳包覆方法，提高了富锂锰基材料首次库伦效率及循环性能。该方法需要用到与被包覆正极材料质量相近的大量的价格较为昂贵的油胺，十八烯和油酸中的1种或2种以上，存在成本过高问题，因此很难实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富锂锰基正极材料的气相包覆方法，本发明中的方法能够在富锂锰基正极材料表面均匀包覆，改善其循环性能。

本发明提供一种富锂锰基正极材料的气相包覆方法，包括以下步骤：

A)将富锂锰基正极材料与聚合物碳材料不接触的置于同一容器中，在保护性气体气氛下，加热使所述聚合物碳材料热解；

B)将所述步骤A)得到的材料水洗后干燥，得到有机碳层包覆的富锂锰基正极材料。

优选的，所述聚合物碳材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯及聚乙二醇中的一种或几种。