[發明專利]一種表面改性的富鋰錳材料、制備方法及在鋰離子電池中的應用

有效

• 申請號: 201410106775.7
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN103956476A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 楊向光;張彬;張一波;張興文;張震東;苗珍珍;李經緯;鄔天笑;陳斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明屬于鋰電池應用技術領域，具體涉及一種表面改性的富鋰錳材料、制備方法及在鋰離子電池中的應用。

背景技術

富鋰錳，英文名為Li-richlayeredmaterials，分子式為xLi₂MnO₃-(1-x)LiMO₂(M=Mn,Ni,Co)。富鋰錳材料是重要的鋰離子電池正極材料。

傳統的富鋰錳正極材料在首次充放電時其首次庫侖效率為70%-80%，首次庫侖效率小于100%，會伴隨氧氣的放出，在全電池的應用中對安全性有著很大的威脅，這是制約富鋰錳材料作為鋰離子電池正極材料在商品化應用中的關鍵因素。美國阿貢高能量實驗室M.M.Thackeray教授提出利用酸處理富鋰錳正極材料的方法提高其首次庫侖效率，但是該方法既改變了富鋰錳的結構，同時降低了其首次充電容量；韓國漢陽大學Yang-KookSun教授通過對富鋰錳材料進行表面AlF₃包覆有效的將富鋰錳材料的首次庫侖效率提高至90%以上，但是仍未達到100%，在充放電過程中氧氣的析出依然存在；天津大學趙乃勤教授課題組通過對富鋰錳材料表面包覆FePO₄有效的將其首次庫侖效率提高至80%以上，但是同樣也沒有從根本上解決其首次庫侖效率不足100%的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有富鋰錳材料首次充放電庫侖效率小于100%的問題，而提供一種表面改性的富鋰錳材料、制備方法及在鋰離子電池中的應用。

本發明首先提供一種表面改性的富鋰錳材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：將富鋰錳材料和鉬的化合物研磨，得到化合物粉末，所述的鉬的化合物中的鉬元素和富鋰錳材料的質量比為1：（10～1000）；

步驟二：將步驟一得到的化合物粉末在空氣中以1-10℃/min升溫速率加熱，100-500℃條件下煅燒0.5-5h，以1-10℃/min降溫速率冷卻至室溫，即得到表面改性的的富鋰錳材料。

優選的是，所述的富錳鋰材料的結構式為（xLi₂MnO₃-(1-x)Li(Mn_aNi_bCo_c)O₂，其中，0.3<<x<<0.7，0<<a<<1,0<<b<<0.5,0<<c<<0.5,a+b+c=1。

優選的是，所述的富錳鋰材料的結構式為0.5Li₂MnO₃-0.5Li(MnNiCo)_1/3O₂。

優選的是，所述的富錳鋰材料的結構式為0.5Li₂MnO₃-0.5Li(MnNi)_1/2O₂。

優選的是，所述的鉬的化合物選自三氧化鉬或鉬酸銨中的一種或兩種。

優選的是，所述的鉬的化合物中的鉬元素和富鋰錳材料的質量比為1：150。

優選的是，所述的研磨時間為20～60min。

優選的是，所述的步驟二的煅燒溫度為300℃，煅燒時間為5h。

本發明還提供上述制備方法得到的表面改性的富鋰錳材料。

本發明還提供上述表面改性的富鋰錳材料在鋰離子電池中的應用。

本發明的有益效果

本發明提供一種表面改性的富鋰錳材料的制備方法，該方法將富鋰錳材料和鉬的化合物研磨，得到化合物粉末，所述的鉬的化合物中的鉬元素和富鋰錳前驅體質量比為1：（10～1000）；將化合物粉末在空氣中以1-10℃/min升溫速率加熱，在100-500℃條件下煅燒0.5-5h，以1-10℃/min降溫速率冷卻至室溫，即得到表面改性的的富鋰錳材料。該方法工藝簡單，通過控制反應溫度，由于鉬化合物的單層分散作用，使鉬化合物完全包覆在富鋰錳前驅體表面。

本發明還提供一種表面改性的富鋰錳材料及在鋰離子電池中的應用，該表面改性的富鋰錳材料制備的鋰離子電池正極材料具有良好的電化學性能，由于鉬化合物的完全包覆使富鋰錳與電解液完全隔絕，將富鋰錳的首次庫侖效率提高。實驗結果表明：對比于富鋰錳前驅體的首次庫侖效率為70%-80%，本發明制備的表面改性的富鋰錳材料的首次庫侖效率提高至100%，同時，在維持富鋰錳前驅體放電比容量的前提下，極大的提高了全電池的安全性。

附圖說明