[發明專利]一種氟化鉀摻雜富鋰錳基材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010115495.8
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111342008A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 張震;王倩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

本發明公開了一種氟化鉀摻雜富鋰錳基材料及其制備方法和應用。所述制備方法包括以下步驟：制備碳酸鈉和氨水構成的沉淀劑溶液，制備過渡金屬鹽溶液，通過共沉淀法制備過渡金屬碳酸鹽前驅體，將前驅體配鋰再高溫煅燒，在配鋰的過程中加入氟化鉀制備氟化鉀摻雜的富鋰錳基正極材料。本發明將氟化鉀用于鋰離子電池正極材料摻雜改性，所用的摻雜方法簡單，得到的氟化鉀摻雜富鋰錳基材料用于鋰離子電池正極材料時電化學性能明顯改善，在10C(1C＝200mA g^?1)的電流密度下，具有131.57mAh g^?1的高比容量，循環1500圈后，容量保持率達到93.37％。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種氟化鉀摻雜富鋰錳基材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池作為最常規的綠色高能電池，以其高能量密度、高比容量、無記憶效應及對環境友好等優點被廣泛用于手機、筆記本電腦和其他便攜式設備中。近年來，隨著電動汽車的廣泛使用，除了對鋰離子電池的循環性能和能量密度有著較高的要求之外，對成本也提出了更高的要求。正極材料作為鋰離子電池非常重要的組成部分之一深刻影響著鋰離子電池的性能、使用壽命和使用成本，因此設計、合成具有高容量、良好的倍率性能、長循環壽命和廉價的鋰離子電池正極材料是鋰離子電池重要的發展方向之一，如何提升鋰離子電池正極材料的性能引起了廣泛的關注。

富鋰錳基正極材料也稱為富鋰三元正極材料，由于其極高的容量(超過250mAh g^-1)和能量密度(超過900Wh kg^-1)而引起了人們的極大關注，是最有前途的鋰離子電池正極材料之一。但富鋰錳基正極材料存在的倍率性能和循環穩定性差等缺點限制了其工業化應用。為了改善富鋰錳基正極材料的電化學性能，已經研究了許多改性策略，常見的方法主要有元素摻雜、表面修飾、形態設計等。

離子摻雜是有效改善鋰離子正極材料性能的方法，在摻雜研究中，通常選擇與被替代元素物理和化學性質相似的陰陽離子進行摻雜。現有的離子摻雜包括陰離子和陽離子兩種摻雜方法。常用的陽離子摻雜主要有：K⁺、Na⁺、Rb⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Ti⁴⁺和Nb⁵⁺等，常見的陰離子摻雜主要有：F^-。但現有的共摻雜方法較為復雜，仍存在不足，如文獻(Nano Energy 58(2019)786–796)報導用Na⁺和F^-對富鋰錳基正極材料做共同改性，用乙酸鈉作為鈉源，聚偏二氟乙烯(PVDF)作為氟源，陰陽摻雜離子來源不同，消耗較多原材料，制作過程較為復雜，制備的材料在1C(1C＝200mA g^-1)電流密度下放電容量僅有202mAh g^-1，經過一百圈循環以后容量保持率僅為93％，5C的大電流密度下放電比容量僅有130mAh g^-1，仍然不能解決長周期循環穩定性差和倍率性能差的缺點。

發明內容

為了提升富鋰錳基正極材料性能和簡化現有摻雜技術，本發明首要目的是提供一種氟化鉀摻雜富鋰錳基材料，用于摻雜的鉀離子和氟離子來源于同一化合物氟化鉀。

本發明另一目的在于提供上述氟化鉀摻雜富鋰錳基材料的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述氟化鉀摻雜富鋰錳基材料的應用，所述氟化鉀摻雜富鋰錳基材料在制備鋰離子電池正極材料中的應用。