[發明專利]一種鈰錫復合氧化物包覆富鋰錳基正極材料的改性方法

有效

• 申請號: 201810039772.4
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108172808B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 李建玲;劉艷瑩;楊哲
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 11237 北京市廣友專利事務所有限責任公司
• 代理人: 張仲波

一種鈰錫復合氧化物包覆富鋰錳基正極材料的改性方法，材料的本體為富鋰錳基正極材料，材料的表面包覆物質為含有豐富氧缺陷的鈰錫復合氧化物材料。制備步驟為：(1)將富鋰錳基正極材料分散到二次水溶劑中，經過超聲震蕩形成均勻的混合溶液，記做A溶液；(2)將含有Sn和Ce元素的金屬鹽分散到二次水溶劑中，加入堿源，調節溶液pH至12，記做B溶液；(3)將A和B溶液混合均勻后置于反應釜中140～220℃水熱處理12～36h，經過洗滌、過濾、干燥得到前驅體材料；(4)將前驅體材料充分研磨后，在450～650℃下煅燒3～10h，冷卻到室溫，得到鈰錫復合氧化物包覆的富鋰錳基正極材料。該方法通過水熱處理實現對富鋰錳基正極材料的表面包覆，制備工藝簡單，制得的材料結晶度高、容量高、倍率性能好。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料領域，具體涉及一種有效抑制循環過程中氧流失的富鋰錳基正極材料表面改性的制備方法及在鋰離子電池中的應用。

背景技術

在能源危機和環境危機的推動下，伴隨著電動汽車的飛速發展，鋰離子電池因其具有能耗低，比容量和比能量高，工作電壓高，環境友好，循環性能好，壽命長等顯著優點，被廣泛應用于筆記本電腦，移動電話，照相機等便攜式電子設備。隨著科技的不斷進步和人們需求的不斷增長，發展制造高性能、輕薄、成本日趨降低的鋰離子電池仍是人們的研發熱點。鋰離子電池的高能量密度使其在動力汽車領域具有強大的競爭力，而鋰離子電池的能量密度又主要取決于正極材料的能量密度，因此，開發出高能量密度的正極材料成為人們關注的焦點。電池性能的提高主要取決于組成電池的電極材料和電解質材料性能的提高，而電極材料的選擇在很大程度上決定了鋰離子電池的性能及價格，相比負極而言，鋰離子電池正極材料的研究相對滯后，其能量密度和功率密度都較低，因而正極材料的研究成了鋰離子電池材料研究的焦點和熱點。

富鋰錳基材料的比容量可以達到300mAh/g，容量較其他正極材料提升超過50％，電壓可達4.8V，遠高于三元材料及其他正極材料材料，同時富鋰錳基材料采用了較多的成本較低的Mn元素，使得富鋰錳基材料的成本遠低于三元材料和其他正極材料，是一種具有巨大潛力的下一代正極材料，可以幫助鋰離子電池向著比能量300Wh/kg發起挑戰。然而，富鋰錳基材料本身仍存在一些問題使其大規模商業化應用受到制約，比如正極材料的低容量、首次循環過程中較大的不可逆容量損失、較差的循環穩定性和倍率放電性能、電壓衰減嚴重等,成為該類材料在實際應用中的主要瓶頸。綜合以上問題，富鋰錳基材料的高容量與首次充電過程中4.5V處氧的脫出有關，然而氧的脫出會造成材料的首次不可逆容量損失過大，以及氧空位的形成和局域離子遷移、重排，從而引起循環過程中的結構衍變，導致電壓降與容量衰減，同時富鋰錳基材料的倍率性能較差，因此阻礙了其產業化道路。為了進一步提高其電化學性能，使其能滿足動力鋰離子電池材料的使用標準，目前首要解決的問題就是改善它的首次不可逆容量損失。因此各種摻雜或包覆改性富鋰正極材料得到了深入了的研究，從而提高界面穩定性，改善氧流失，降低不可逆容量損失，提升材料的倍率性能。