[发明专利]一种正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种正极材料及其制备方法和应用。所述正极材料的化学式为Li_1+xM_1‑xO_2‑y‑zF_y(PO₄)_z，0.1≤x≤0.3，0＜y≤0.3，0＜z≤0.05，M为过渡金属元素。制备方法包括：在保护性气氛下，将锂源、M金属源、氟源和磷源以化学式的计量比进行配比后进行一次和二次研磨。通过在正极材料的O位掺杂氟离子和磷酸根离子，改变阳离子的价态，影响金属离子的氧化还原过程和阳离子的分布，降低氧的反应活性，提高材料的稳定性，通过一次和二次研磨，降低材料在合成过程中产生的高表面能，提高材料分散度，减少颗粒团聚现象，使得正极材料循环稳定性好，可逆比容量高。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种正极材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种阴离子掺杂的无序岩盐结构的正极材料。

背景技术

随着新能源汽车的大力发展，锂离子电池产业已经进入快速发展阶段。影响锂离子电池性能的关键材料主要有正极材料、负极材料、电解液等。其中，正极材料是目前限制电池性能的主要因素。

锂离子电池实现规模化应用，需同时满足低成本、安全、不受自然资源限制、高能量密度等一系列要求。目前研究的锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、尖晶石结构的锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂。但是，LiCoO₂成本高，且Co³⁺有毒，材料在过充时结构不稳定；LiNiO₂的合成条件苛刻，部分锂位被镍位占据，有序度低，可逆性差；LiMnO₂在高温下的热稳定性差；尖晶石结构的LiMn₂O₄在循环过程中会发生相转变而导致容量损失，对于二元材料LiNi_1-xCo_xO₂(0x1)和三元材料LiNi_1-xCo_xMn_yO₂(0x1，0y1)来说，虽然其综合了几种材料的优点，但其容量均难以达到200mAh/g，不能满足电动汽车高比能量的要求。

近年来，富锂无序岩盐结构(disordered rocksalt，DRX)正极材料因其具有高比容量和能量密度受到了研究者的广泛关注。

CN109305700A公开了一种含铌/钽阳离子无序岩盐结构正极材料的制备方法，属于新能源材料领域。该方法采用稳定的水溶性柠檬酸Nb/Ta前体，以湿化学法合成含Nb/Ta阳离子无序岩盐结构氧化物正极材料。

CN105742616A公开了一种无序岩盐结构的锂离子电池正极材料及其制备方法。该方法将LiNiTiNbO放入到NaOH溶液中，再加入Bi(NO)和Ca(NO)，在50～80℃的温度下不断搅拌，最后过滤，将固相物质在400～700℃温度下加热5～15h，得到CaO/BiO/LiNiTiNbO。

由上述文献中提供的方法制备得到的正极材料仍存在着循环性能有待增强，不可逆的容量损失过大等问题。

因此，如何提高无序岩盐结构正极材料的循环稳定性以及可逆比容量，是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和应用。本发明通过在富锂无序岩盐结构正极材料的O位掺杂氟离子和磷酸根离子，改变阳离子的价态，影响金属离子的氧化还原过程以及阳离子的分布，降低氧的反应活性，从而提高材料的稳定性。且在制备正极材料的过程中，在一次研磨过程后进行二次研磨，降低材料在合成过程中产生的高表面能，提高材料分散度，减少颗粒团聚现象，使得正极材料具有循环稳定性好、可逆比容量高等优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：