[發明專利]一種MAX相材料包覆的富鋰錳基正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010920569.5
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112010306B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 賽喜雅勒圖;顧慶文;王雪瑩;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C01B32/90
• 分類號: C01B32/90;C01B21/06;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
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• 代理人: 豆貝貝

本發明提供了一種MAX相材料包覆的富鋰錳基正極材料及其制備方法。本發明提供的制備方法中，先在真空條件下對富鋰錳基材料進行熱處理，然后通入保護性氣體，進行磁控濺射，磁控濺射中采用含M金屬和/或A金屬的金屬材料作為靶材，從而在富鋰錳基材料表面形成含M金屬和/或A金屬的金屬包覆層；之后，再通入X氣體，進行熱處理，X氣體發生裂解，與富鋰錳基材料表面包覆的濺射元素原位生成MAX相材料。本發明的制備方法能夠有效提升材料的電化學性能、壓實性能和存儲性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池材料領域，特別涉及一種MAX相材料包覆的富鋰錳基正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著新能源汽車行業的興起，行駛里程較短的問題逐漸突顯，所以對于鋰離子電池能量密度的要求越來越高。而富鋰錳基正極材料具有300mAmin/g的放電比容量，是目前最有希望突破行駛里程500公里的鋰離子電池正極材料。但是，富鋰錳基正極材料還存在以下問題：1)富鋰錳基正極材料的電子導電性能較差，倍率性能還需提升；2)富鋰錳基正極材料的材料強度較低，極片在輥壓過程中出現的顆粒破碎導致壓實密度較低；3)富鋰錳基正極材料暴露在空氣中，會與水氛和二氧化碳發生副反應導致材料性能變差。

為了改善富鋰錳基正極材料的電化學性能，現有技術通常采用的措施是對富鋰錳基正極材料包覆或復合鋰離子導體、鈉離子導體或導電劑。其中，MAX相材料具有優異的導電性能，理論上也可以作為鋰離子電池正極材料的包覆物質，提高材料的倍率性能。

如公開號CN109860574A的中國專利申請公開了復合正極材料及其制備方法和電池。將MAX相粉體、正極材料和有機溶劑混合均勻，其中MAX相粉體含有Al元素，然后干燥除去有機溶劑，在有氧氣氛下進行燒結，得到MAX相粉體和Al₂O₃雙包覆的復合正極材料。實現提高正極材料的循環性能和安全性能的目的。但是，由于MAX相材料中Al層、Ti層和X層元素的層間距小于2納米，在氧氣環境下Al發生氧化反應的同時，極易發生Ti和C的氧化，產生TiO₂雜質和MAX相材料的燒蝕，影響正極材料的電化學性能。而且，Al₂O₃包覆層與MAX相材料、正極材料之間存在界面，會降低復合材料的壓實性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種MAX相材料包覆的富鋰錳基正極材料及其制備方法。本發明的制備方法能夠有效提升材料的電化學性能、壓實性能和存儲性能。

本發明提供了一種MAX相材料包覆的富鋰錳基正極材料的制備方法，包括以下步驟：

a)在真空條件下，對富鋰錳基材料熱處理，得到熱處理后的富鋰錳基材料；

b)以金屬材料為靶材，在保護性氣體環境中，對所述熱處理后的富鋰錳基正極材料進行磁控濺射，在富鋰錳基材料表面形成含所述金屬材料的包覆層；

c)在X氣體環境中，對步驟b)得到的材料進行熱處理，得到MAX相材料包覆的富鋰錳基正極材料；

所述金屬材料為M金屬和A金屬，或為M-A合金中的一種或幾種；

所述M金屬選自過渡金屬Ti、V、Cr、Zr、Nb和Ta中的一種或幾種；所述A金屬選自Al、Si、Ge、Sn和Nb中的一種或幾種；

所述X氣體為含N氣體和含C氣體中的一種或幾種。