[发明专利]一种具有超导修饰层的单晶富锂材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有超导修饰层的单晶富锂材料及其制备方法和应用，所述单晶富锂材料的形貌为单晶一次颗粒，其内层结构和外层结构，所述内层结构由化学通式为xLi₂MnO₃·(1－x)LiMO₂单晶颗粒构成，所述外层结构由化学式为Li₄SiO₄、Li₂ZnSiO₄、Li₂MgSiO₄、Li₂CoSiO₄、Li₂NiSiO₄、Li₂SrSiO₄或LiAlSiO₄的超导修饰层，所述超导修饰层包覆所述xLi₂MnO₃·(1－x)LiMO₂单晶颗粒。本发明通过一步煅烧的方式在合成单晶富锂材料的同时，原位构建表面超导修饰层，超导修饰层与富锂材料形成了一体化坚固的接触界面，同时创新性采用了含锂硅酸盐超离子导体材料来提高富锂材料的循环性能和倍率性能，本发明的单晶富锂材料压实密度高，循环寿命长、倍率性能优良，其制备方法工艺简单、产品形貌一致性好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，特别涉及一种具有超导修饰层的单晶富锂材料及其制备方法和应用。

背景技术

为了开发高比能锂离子电池以满足新能源汽车对长续航里程的需求，具有高比容量和高放电电压的正极材料成为业内的研究热点。富锂材料由于具有超过260mAh/g的高放电容量和大于4.5V的放电电压成为国内外研究的热点。但这种材料在循环过程中由于结构的转变导致容量和电压衰减较快，阻碍了其商业化应用。

前常见的富锂材料是由纳米级一次颗粒团聚而成的微米级二次球形颗粒。这种形貌不仅压实密度较低，而且一次颗粒之间存在微小空隙，导致其在充放电过程中由于一次颗粒晶界间的各向异性造成了二次颗粒产生明显裂纹甚至破碎，阻碍离子和电子迁移并进一步加剧活性材料与电解液之间的副反应，造成容量和结构的衰减。

制备单晶形貌是提高富锂材料电化学性能的一种有效方法。不仅可以抑制二次颗粒破碎提高循环性能，还能提高材料的压实密度和热稳定性。但常规单晶颗粒一般尺寸较大，不利于锂离子快速迁移。并且由于富锂材料中含有Li₂MnO₃组分，导致其离子导电率不高。因此，为了提高富锂材料的倍率性能，所制备的单晶颗粒不能太大，否则锂离子嵌入脱出更加困难。但如果单晶颗粒太小，造成材料比表面积过大，其与电解液间副反应加剧也不利于电化学性能的发挥。因此，迫切需要开发出一种单晶粒度适宜、结构稳定性优良且锂离子可以快速迁移的富锂材料以适应商品化应用的需求。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种具有超导修饰层的单晶富锂材料及其制备方法和应用，本发明通过一步煅烧的方式在合成单晶富锂材料的同时，原位构建表面超导修饰层，超导修饰层与富锂材料形成一体化坚固的接触界面，同时创新性采用含锂硅酸盐超离子导体材料来提高富锂材料的循环性能和倍率性能，解决了现有技术所存在的不足。