[發明專利]一種富鋰錳基正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811523983.1
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109473672A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 劉振
• 申請（專利權）人: 海安常州大學高新技術研發中心
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

一種富鋰錳基正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池正極材料制備技術領域，將富鋰錳基正極前驅體材料的水分散劑、鑭鹽水溶液和過量的沉淀劑混合進行反應，反應結束后洗滌、抽濾、干燥，取得前驅體材料；將前驅體材料與鋰鹽混合均勻后，在空氣中煅燒，取得在富鋰錳基正極前驅體材料外包覆氧化鑭的富鋰錳基正極材料。該材料具有充放電效率高，循環穩定性良好等優點。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料制備技術領域，具體涉及氧化鑭包覆富鋰錳基正極材料的制備技術。

背景技術

隨著鋰離子電池從3c消費電子領域向電動交通工具及大規模儲能器件的快速應用發展，對其能量密度的需求日益迫切。而鋰離子電池的能量密度主要來源于正極材料，傳統的鋰離子電池正極材料例如：鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰等由于較低的能量密度，較高的成本，苛刻的合成條件等缺點已不能滿足需求，所以急需開發出一種高能量密度的正極材料。

富鋰錳基正極材料因其具有較高的容量（＞250mAh/g），較高的電壓平臺以及較低成本和環境友好性等優點越來越受到人們的關注。但是當富鋰錳基正極材料充電至高壓狀態時，由于鋰離子的脫出和氧氣的釋放導致首次不可逆容量損失，同時過渡金屬遷移造成材料結構由層狀向尖晶石結構轉變，這種轉變嚴重阻礙了離子擴散，破壞材料結構導致界面阻抗變大，容量在循環過程中發生衰減。

研究表明對富鋰錳基正極材料進行表面包覆是一種有效的解決手段，常用的包覆材料例如Al₂O₃，AlF₃，MgO等，然而，這些包覆材料對富鋰錳基正極材料的問題雖有一定的改善作用但卻以犧牲材料的其他性能為代價。

發明內容

本發明的目的是為了解決富鋰錳基正極材料首次充放電效率低，循環穩定性差等問題，提出一種稀土氧化物氧化鑭濕法包覆富鋰錳基正極材料。

本發明材料的本體為富鋰錳基正極前驅體材料，包覆材料為氧化鑭，富鋰錳基正極材料的化學式為xLi₂MnO₃?(1-x)LiMO₂，其中M為Ni、Co或Mn，0.1≤x≤0.9。

試驗表明，本發明氧化鑭相對于富鋰錳基正極前驅體材料的包覆質量為1%～5%，氧化鑭包覆后富鋰錳基正極材料的顆粒均勻，表面未遭到破壞。其首次充放電容量達到289.2mAh/g，充放電效率達到84.5%，0.5C時容量為215.17mAh/g，200次循環后，容量保持率為71.7%。可見包覆后的材料具有充放電效率高，循環穩定性良好等優點。

本發明的另一目的是提出以上材料的制備方法。

本發明方法如下：攪拌條件下將富鋰錳基正極前驅體材料的水分散劑、鑭鹽水溶液和過量的沉淀劑混合進行反應，反應結束后洗滌、抽濾、干燥，取得前驅體材料；將前驅體材料與鋰鹽混合均勻后，在空氣中煅燒，取得氧化鑭包覆的富鋰錳基正極材料。

本發明在前驅體合成階段對材料表面進行鑭包覆，煅燒階段氧化鑭均勻包覆在富鋰錳基正極材料表面。合成方法操作簡單，對環境無污染，包覆后的材料顆粒均勻，表面未遭到破壞。氧化鑭包覆后的富鋰錳基正極材料具有充放電效率高，循環穩定性良好等優點。

本發明制備方法的機理：氧化鑭包覆正極材料的制備機理：金屬鑭溶液和沉淀劑發生共沉淀反應形成沉淀物，沉淀物經過高溫煅燒分解后形成氧化物。以鑭鹽溶液和沉淀劑反應形成氫氧化鑭沉淀，經過高溫反應后產物為包覆所用的氧化鑭材料。