[发明专利]一种表面包覆硒酸锂的富锂单晶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包覆Li₂SeO₄的富锂单晶正极材料及其制备方法，所述正极材料的制备方法分为三个步骤，第一步，制备镍锰二元富锂锰基正极材料前驱体，第二步，制备富锂单晶正极材料，第三步，制备表面包覆Li₂SeO₄的富锂单晶正极材料，该制备方法制备得到的改性富锂单晶正极材料有快导通锂离子特性物质包覆，降低了界面极化，提升了锂离子在正极/电解液界面的传输速率，减弱了不可逆氧损失，减缓了材料表界面的劣变。

技术领域

本发明涉及化学储能电池领域，具体涉及一种表面包覆Li₂SeO₄的富锂单晶正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于具有能量高和绿色环保无污染等优点，成为现阶段应用最广泛的电化学储能体系之一。随着近些年世界各国政府以及众多主机厂的投入，以锂离子动力电池为能源载体的新能源汽车获得了飞速发展。在锂离子单体电池众多的组成部分中，正极侧无论是从成本和能量限制因素考虑，都是提高锂离子电池综合性能的首要研究方向。富锂材料是一种包含有更高比例价格低廉的锰元素和更高比能量的层状正极材料，常见的富锂锰基多晶材料存在表层氧析出和低压实密度等问题，前者主要劣化了表层框架结构，后者造成单体电芯体积能量密度低，这些问题共同严重阻碍了富锂材料的工业化进程。

传统富锂正极材料的性能改善策略主要集中在:(1)表面非电化学活性氧化物包覆(Al₂O₃、MgO、ZrO₂等)；(2)具有电化学活性且具有优异锂离子输运特性的尖晶石结构材料(Fe、Co、Ni等过渡金属氧化物)表面包覆改性；(3)具有优异循环稳定性的聚阴离子类材料(LiFePO₄、LiFeMnPO₄、LiAlPO₄等)包覆；(4)碳材料(石墨烯、碳纳米管，石墨微球等)或高分子聚合物碳化衍生材料(聚酰亚胺、聚吡咯、聚多巴胺等)表面修饰改性。虽然以上改性方法能够在一定程度上缓解由于富锂本体材料与电解液直接接触相界面的结构重构现象，提升其电化学循环性能，但是无法提高其压实密度和缓解显著的压降。此外，单一的包覆策略也并不能改善本体材料的本征性能，而单晶化一方面可以提升压实密度；另一方面也可以减小正极材料和电解液的接触面积，因此是缓解富锂正极材料在循环过程中近表面区域发生岩盐化重构和改善其本征低压实密度的有效策略，同时对富锂材料的本征劣势具有显著改善作用。此外，考虑到单晶化富锂锰基正极材料中锂离子扩散路径变长导致动力学性能差，包覆兼具优异循环性能和倍率性能的聚阴离子型快离子导体是改善上述问题的有效方案之一。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种表面包覆Li₂SeO₄的富锂单晶正极材料及其制备方法，本发明制备的改性富锂单晶正极材料具有快导通锂离子特性物质包覆，有助于降低界面极化，提升锂离子在正极/电解液界面的传输速率，减弱了不可逆氧损失，实现了表层结构稳定性，减缓了材料表界面的劣变。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种表面包覆Li₂SeO₄的富锂单晶正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备镍锰二元富锂锰基正极材料前驱体：在反应器中加入去离子水作为共沉淀反应基底液，通入惰性气体保护，搅拌器速度设置为600-1000r/min，同时泵入混合碱溶液和镍、锰的混合盐溶液，并使得共沉淀反应体系pH维持在10.5-11.5，共沉淀反应体系温度维持在50-60℃，进料结束后继续通入惰性气体搅拌12-18h，将得到的产物通过处理得到镍锰二元富锂锰基正极材料前驱体；

S2、制备富锂单晶正极材料：将锂源与所述镍锰二元富锂锰基正极材料前驱体混合，混合比例为1.05～1.15，研磨之后煅烧得到富锂单晶正极材料；