[發明專利]強氧化性酸處理構造表面具有高價態過渡金屬的無序結構鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810374070.1
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108767208B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 杜春雨;耿天鳳;尹鴿平;徐星;鑒紀源;賀曉書;左朋建;程新群;馬玉林;高云智
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種強氧化性酸處理構造表面具有高價態過渡金屬的無序結構鋰離子電池正極材料及其制備方法，以鋰離子正極材料為原料，將其在強氧化性的酸中進行處理，形成具有高價態過渡金屬的無序結構表面層。本發明有效的處理了材料表面殘余的LiOH，Li₂CO₃和游離的金屬鋰，降低了材料的pH值，同時表面高價態過渡金屬易使Li⁺快速脫嵌，提高了鋰離子傳輸效率，并且高價態過渡金屬誘導電子結構的改變，使其產生三維無序的表面結構，為鋰離子傳輸提供通道，提高鋰離子擴散系數，提升了材料的比容量，倍率性能和循環穩定性。并且本發明制備方法簡單易行，成本低，適合大規模的工業化生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，更具體的說是涉及一種強氧化性酸處理構造表面具有高價態過渡金屬的無序結構鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

目前，隨著環境污染，資源枯竭的逐漸加劇，鋰離子電池作為綠色化學電源的代表，具有能量密度高，循環性能好，工作電壓高等優點，因此受到了越來越多的關注。

但是，由于動力電池領域的市場需求在不斷的增加，人們對鋰離子電池的能量密度的要求也越來越高，而作為決定鋰離子電池電化學性能的最重要因素的正極材料，現有正極材料的放電容量，循環穩定性，倍率性能等仍然無法滿足商業化的市場需求，故提高鋰離子電池正極材料的能量密度與容量密度仍是各方學者研究的熱門問題。

現在，人們常用的提高鋰離子電池正極材料能量密度的方法主要有摻雜，包覆等；

摻雜主要是加入一些金屬元素替代其中的過渡金屬，穩定材料的晶格結構，避免充放電過程中的Li/Ni混排及過渡金屬被HF溶解，然而有些金屬的加入并不能參與電化學過程中的氧化還原反應，不能提供容量，降低材料的容量；

類似的，包覆氧化物，氟化物和磷酸鹽等在鋰離子電池正極材料的表面可以避免循環過程中電極材料與電解液發生副反應，提高材料的循環性能，但是包覆材料多是絕緣體或半導體，對材料中Li⁺傳輸起到了阻礙作用，不利于提高材料的倍率性能。

綜上所述，研發一種高性能的鋰離子電池正極材料，并提供一種較為簡便的鋰離子電池正極材料制備方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的一個目的在于提供了一種高性能的鋰離子電池正極材料，具體為強氧化性酸處理構造表面具有高價態過渡金屬的無序結構鋰離子電池正極材料。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種強氧化性酸處理構造表面具有高價態過渡金屬的無序結構鋰離子電池正極材料，包括：鋰離子電池正極材料和具有高價態的無序結構表面層；

所述具有高價態金屬的無序結構表面層的厚度為3-10nm。

優選的，所述鋰離子電池正極材料為錳基正極材料LiMn_xM_1-xO₂,LiMn_xM_1-xPO₄,LiMn_xM_1-xO₄和yLi₂MnO₃·(1-y)LiMn_xM_1-xO₂中的一種或幾種的混合物，其中0x≤ 1,0y≤1，M為Ni，Co，Fe，Ti，Zn，Ba，Nb，Cu，Mo，Ba，Ru，Ir，Sr， Cr，Y，Ga，K，Mg，V，Zr中的一種或幾種。

通過采用上述技術方案，本發明的有益效果在于：