[发明专利]一种磷酸铁锰锂包覆高压镍锰酸锂正极材料的制造方法

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备领域，尤其涉及一种磷酸铁锰锂包覆高压镍锰酸锂正极材料的制造方法，包括镍锰酸锂的制备：将镍源、锰源、尿素按摩尔比1:3:8称取后溶于乙二醇和去离子水体积比1:6的三硼酸酯混合溶剂中，通过超声搅拌使得原料完全溶解。将所得混合溶液转移至反应釜中，置于烘箱中180℃保温12h，自然冷却至室温，经过滤、洗涤后烘干得到碳酸盐前驱体。将前驱体按摩尔比1:1.05称取锂源与其混合均匀，放入马弗炉中在一定温度下煅烧12h，自然冷却至室温后过325目筛得到镍锰酸锂材料。二甲基二甲氧基硅烷可通过选择性去除HF来作为高镍层状材料的界面稳定添加剂，从而大大提高了电池的续航和稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锰锂包覆高压镍锰酸锂正极材料的制造方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，可快速充放电、无记忆效应、环境友好等优点，使其成为最具前途的绿色能源之一，已经被广泛应用于便携式电子产品市场。

尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)化合物具有4.7V左右的高压平台，理论能量密度达650Wh/Kg，从而引起了许多研究者的兴趣，被认为是高能量密度储存的潜在候选者。但目前市场上还没有实质意义的生产使用，一个很重要的原因就是Ni²⁺/Ni⁴⁺电对的电位较高，超出了常用电解质的分解电压，使得LNMO在循环过程中与电解质发生副反应，影响材料的电化学性能。而要解决这一问题，一方面要研制耐高压的电解液，另一方面通常对LNMO材料进行表面包覆处理。

中国有色金属学报第25卷第7期报道了一篇名为“锂离子导体包覆镍锰酸锂正极材料的制备及其电化学性能”的文章。该文献用原位包覆法制备表面包覆Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)的LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)，即LNMO@LATP正极材料。结果表明：LATP以无定型态紧密包覆于LiNi0.5Mn1.5O4的表面，包覆层厚度约为5nm。由于LATP包覆层具有保护电极材料表面和提高锂离子导电的双重作用，减少了电极过程的副反应，降低了电化学极化，提供了更多的锂离子扩散通道，导致LNMO@LATP具有比LNMO更稳定的循环性能和更好的倍率性能，特别是在高温的情况下。

磷酸铁锰锂是磷酸锰锂与磷酸铁锂的共溶体，具有较好的安全性和循环寿命。磷酸锰锂与磷酸铁锂具有相似的晶体结构、理论比容量，但是工作电压(4.1V)却比LiFePO₄(3.4V)的高很多，因此其比能量较高。磷酸铁锰锂结合了二者的优势已经被很多研究者关注。但是纯相的磷酸铁锰锂材料电导率很低，所以一般都对其进行碳包覆后使用。中国发明专利CN 109860591 A公开了磷酸锰锂包覆镍锰酸锂的生产工艺，将磷酸锰锂微粉加入镍锰酸锂中，经过机械的混合后进行烧结，制备出了表面包覆磷酸锰锂后的镍锰酸锂正极材料。该发明使得镍锰酸锂材料具有更好的耐高压性能，在4.5V电压平台进行充放电循环时，比原有镍锰酸锂材料循环性能提升了15％。该专利采用已成型的磷酸锰锂材料对镍锰酸锂材料进行表面包覆改性，虽避免了磷酸锰锂的电导率低的问题，但使得改性只停留在表面，无法隔绝内层的镍锰酸锂与电解液的接触。

由此可见，将不同的两种正极材料进行混合使用的确可以改善材料的电化学性能。本发明通过合理的调配材料，用具有高安全、高电压特性的磷酸铁锰锂包覆镍锰酸锂，达到了改善其界面特性和循环特性的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种磷酸铁锰锂包覆高压镍锰酸锂正极材料的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种磷酸铁锰锂包覆高压镍锰酸锂正极材料的制造方法，包括以锂源、铁源、锰源、磷源、碳源为包覆物原料，通过水热反应法制备，包括下述步骤：