[發明專利]一種改性的富鋰錳基氧化物正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010563742.0
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111883746B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 丁曉凱;林展;羅冬;崔佳祥;謝惠嫻
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 李慶偉

本發明提供了一種改性的富鋰錳基氧化物正極材料及其制備方法和應用，所述改性的富鋰錳基氧化物正極材料的結構由內到外依次包括富鋰錳基氧化物正極材料、富含氧空位的原位誘導尖晶石結構層。本發明提供的制備方法簡單易操作，能有效提高富鋰錳基氧化物正極材料的循環穩定性，重復性好，適合大規模工業化生產。

技術領域

本發明具體涉及一種改性的富鋰錳基氧化物正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球各個國家禁售燃油車期限的日益逼近，同時，這也加速了新能源汽車的快速普及，但是新能源汽車的成本問題和續航問題，一直受到用戶等各方面的排斥，這也就是對新能源汽車動力電池的能量密度和制造成本提出了更高的要求。而在動力電池的成本構成，正極材料占據了40％，所以正極材料的成本和性能決定了動力電池的性價比。而且，正極材料也是一直制約動力電池能量密度和功率密度提升的關鍵因素。因此，開發成本低廉、能量密度和功率密度高的正極材料是在必行。

與目前商業化的正極材料相比，(如：錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元正極材料等)，富鋰錳基氧化物正極材料具有眾多優勢，如低成本、不含鈷、低鎳、高的理論比容量(超過250mAh g^-1)、寬的工作窗口(2.0～4.8V)等，而被認為是最有希望的下一代高能量密度動力鋰離子電池首選的正極材料。但是，富鋰錳基氧化物正極材料目前依然存在一些不足，這些不足極大地限制了其商業化的進程。富鋰錳基氧化物正極材料作為鋰離子電池的正極材料，在第一次活化過程中，其組分中的Li₂MnO₃相被激活，會釋放出大量的氧氣，導致材料表層結構中的晶格氧減少，從而引起結構重排，堵塞鋰離子的擴散通道；同時，高的工作電壓會促使電解液發生分解，形成氫氟酸等對電極材料有害的物質，從而引起動力電池性能的下降；而且，在隨后的循環過程中，富鋰錳基氧化物正極材料的表層結構會遭受更加嚴重的破壞，導致材料的循環穩定性下降，難以滿足商業化的需求。目前，離子摻雜和形貌控制可以有效提高材料的循環穩定性，但是離子摻雜將引入其它的雜質離子，同時也將增加材料的加工成本，不利于商業化；形貌控制對材料的制備工藝具有很高的要求，所制備的形貌不能很好的保存，不能提高材料的振實密度，更不能商業化。與此同時，表面修飾改性是一種有效提高富鋰錳基氧化物正極材料循環穩定性的方法。

發明內容

為了克服現有技術的不足，提高富鋰錳基氧化物正極材料的循環穩定性，本發明提供了一種改性的富鋰錳基氧化物正極材料及其制備方法和應用，該制備方法簡單易操作，能有效提高富鋰錳基氧化物正極材料的循環穩定性，重復性好，適合大規模工業化生產。

為實現上述目的，所采取的技術方案：一種改性的富鋰錳基氧化物正極材料，所述改性的富鋰錳基氧化物正極材料的結構由內到外依次包括富鋰錳基氧化物正極材料、富含氧空位的原位誘導尖晶石結構層。

優選地，所述富鋰錳基氧化物正極材料的分子式為Li_1+xTM_1-xO₂,TM＝Mn、 Co、Ni、Fe、Cr、Ti、Mg、Al中的至少兩種，x＝0～0.4；更優選地，所述富鋰錳基氧化物正極材料的分子式為Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂。

優選地，所述改性的富鋰錳基氧化物正極材料的粒徑為3～20μm。

本發明提供了上述所述的改性的富鋰錳基氧化物正極材料的制備方法，所述制備方法是將富鋰錳基氧化物正極材料經過有機溶劑改性后得到所述富鋰錳基氧化物復合正極材料。