[發明專利]金屬氧化物/碳復合單層包覆錳系正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910368499.4
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110085837B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 張曉輝;賴飛燕;何星存;陳珍明;萬茂生;盧德娟;王紅強
• 申請（專利權）人: 賀州學院
• 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: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

本發明公開了一種單層金屬氧化物/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料制備方法，其采用簡單的絡合法將金屬無機鹽和絡合劑反應生成金屬絡合物包覆在錳系鋰離子電池正極材料顆粒的表面，在惰性氣氛條件下經高溫燒結后得到在單層金屬單質/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料；再協助氧等離子濺射方法，在氧氣氣氛條件下將金屬單質氧化為金屬氧化物，制備得到單層金屬氧化物/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料。該復合包覆層在材料顆粒表面分散均勻，厚度均一，起到了較好的包覆效果。該方法制備所得的錳系鋰離子電池正極材料具有高的電導率和循環性能。

【技術領域】

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種單層金屬氧化物/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料及其制備方法。

【背景技術】

新能源汽車的發展越來越趨向于純電動汽車。電動汽車的快速發展帶動了動力電池的發展。目前新能源汽車動力電池仍然是以鋰離子電池為主，正極材料的性能直接影響了電池的性能，其成本也的高低也直接決定了鋰離子電池成本的高低。所以，正極材料是鋰離子電池的核心。錳系鋰離子電池正極材料因具有安全性能好、價格低廉、環境友好、工作電壓高(vs Li⁺/Li 4.0V以上)、循環壽命長等諸多優點，而成為目前應用較為廣泛的一類鋰離子電池正極材料。然而，錳系鋰離子電池材料同樣也存在一些缺陷：1)電子電導率和離子遷移率低，如LiMnPO₄的電子電導率和離子遷移率低分別約為10^-12S/cm和10^-15cm²/s；2)材料充放電過程中發生Mn的溶解，這是限制錳系正極材料發展的主要原因。目前，應用于錳系鋰離子電池正極材料改性的方法主要有：納米化、體相摻雜和表面包覆等。其中，隨著設備的發展，在制備材料過程中，材料納米化程度基本可以實現。體相摻雜，如在磷酸錳鋰中摻入鐵能有效替換磷酸錳鋰材料中錳的位置，能在一定程度上提高其電導率，但是離子的摻雜可能會使材料結構發生變化，可能會導致結構坍塌；且需要考慮摻入離子的半徑與材料中原有金屬離子的半徑是否一致或相近。而金屬氧化物的包覆能有效阻止電解液與錳系鋰離子電池正極材料的直接接觸，抑制錳的溶解和Jahn-Teller效應；碳的包覆有利于提高錳系鋰離子電池正極材料的電導率，從而達到提高材料電化學性能的目的。目前，用于錳系鋰離子電池正極材料表面包覆的材料主要有金屬氧化物、碳材料、磷酸鹽、氟化物等等。研究發現，氧化物和導電材料復合包覆活性材料，有利于達到提到材料電導率和抑制錳溶解的雙重目的，所以，有研究工作者在正極材料表面包覆兩種或兩種以上復合材料，首先包覆一層金屬氧化物，然后再繼續包覆一層碳。但這種雙層的包覆結構，會使基體材料與金屬氧化物包覆和金屬氧化物與碳層之間的極化作用增大，不利于金屬氧化物和碳協同保護錳系正極材料的作用。因此，如何充分發揮金屬氧化物和碳的協同作用，以提高錳系鋰離子電池正極材料的電導率并抑制材料中錳溶解就成為一種客觀需求。

【發明內容】

本發明旨在解決上述問題，而提供一種電導率高且循環性能好的單層金屬氧化物/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料制備方法。

本發明還提供了一種由單層金屬氧化物/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料制備方法制備的單層金屬氧化物/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料。

為實現本發明的目的，本發明提供了一種單層金屬氧化物/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料制備方法，該方法包括如下步驟：

a、將金屬無機鹽、絡合劑加入去離子水中，攪拌均勻，使金屬離子完全絡合，得到混合液A；

b、向混合液A中加入分散劑，攪拌均勻后得到混合物B；

c、向混合物B中加入錳系鋰離子正極材料，經攪拌、干燥后，在惰性氣體保護下升溫至350～650℃處理2～5小時，得到金屬單質/碳復合包覆錳系鋰離子電池正極材料C；