[发明专利]富锂锰基层状正极材料、其制备方法和应用

权利要求书

1.一种富锂锰基层状正极材料，其特征在于，包括内核和包覆在所述内核表面的包覆层，所述包覆层包括一维碳纳米管和含金属元素的纳米颗粒构建的三维导电框架，所述含金属元素的纳米颗粒包埋于所述一维碳纳米管间；所述一维碳纳米管和所述含金属元素的纳米颗粒在所述内核表面原位形成；Raman光谱中存在所述一维碳纳米管的D峰和G峰，所述G峰与所述D峰的峰强比为0.4~1.6；

所述含金属元素的纳米颗粒包括单质Co及其氧化物，所述氧化物包括CoO、Co₂O₃和Co₃O₄中的一种或多种；

所述内核包括化学式为Li_1+x(Mn_aM_1-a)_1-xO₂的材料，其中，M包括Co、Ni、Al、Ti、Zr、Mg和Mo中的一种或多种，且0x≤0.25，0.4≤a1。

2.根据权利要求1所述的富锂锰基层状正极材料，其特征在于，所述内核包括化学式为Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂的材料。

3.根据权利要求1所述的富锂锰基层状正极材料，其特征在于，所述含金属元素的纳米颗粒为零维材料。

4.根据权利要求1~3任一项所述的富锂锰基层状正极材料，其特征在于，所述富锂锰基层状正极材料包括如下特征(1)~(7)中的至少一个：

(1)所述包覆层的厚度为所述富锂锰基层状正极材料的平均粒径D50的0.05%~10%；

(2)所述包覆层占所述富锂锰基层状正极材料的质量的0.1%~6%；

(3)所述一维碳纳米管占所述富锂锰基层状正极材料的质量的0.08%~5%；

(4)所述一维碳纳米管掺杂有氮元素，所述氮元素在所述一维碳纳米管中的掺杂量为0.5wt.%~25wt.%；

(5)所述富锂锰基层状正极材料的粉末电导率为6×10^-7S/cm以上；

(6)所述富锂锰基层状正极材料的平均粒径D50为1μm~12μm；

(7)所述富锂锰基层状正极材料的比表面积为0.1m²/g~20m²/g。

5.权利要求1~4任一项所述的富锂锰基层状正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述内核、有机溶剂A、金属盐和咪唑类化合物混合，进行反应，以对所述内核进行预包覆，得到第一中间体；所述金属盐包括钴盐，所述咪唑类化合物包括2-甲基咪唑、咪唑、二羧基咪唑、氨基苯并咪唑和二甲基苯并咪唑中的一种或多种；

将所述第一中间体、有机溶剂B和有机碳源混合，加热蒸干，得到第二中间体；所述有机碳源包括吡嗪、三聚氰胺、多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、苯三甲酸和对苯二甲酸中的一种或多种；

对所述第二中间体进行热处理，以在所述内核表面形成所述包覆层；所述热处理的保护气氛为氮气、氩气或氢氩混合气氛，所述热处理的工艺条件包括：热处理温度350℃~800℃，热处理时间4h~10h，升温速率1℃/min~5℃/min。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述内核的制备方法包括如下步骤：

将含有Mn元素和M元素的正极材料前驱体与锂盐混合，所述含有Mn元素和M元素的正极材料前驱体包括含有Mn元素和M元素的氧化物、碳酸盐和氢氧化物中的一种或多种，M包括Co、Ni、Al、Ti、Zr、Mg和Mo中的一种或多种；

将混合得到的物料进行煅烧处理。