[發明專利]一種鋰離子導體包覆富鋰錳基正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202110078738.X
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112607790A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 李喜飛;陳紫璇
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G25/00;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 朱紅星

本發明公開了一種鋰離子導體包覆富鋰錳基正極材料的制備方法，它是將碳酸鹽前驅體和碳酸鋰按1：1.02~1.5的摩爾比分散在無水乙醇中，攪拌混合均勻、干燥后得到粉末，將得到的粉末置于馬弗爐中，經歷兩次保溫得到富鋰錳基正極材料；將硝酸氧鋯和硝酸鋰溶解在40~80mL的無水乙醇中，加入尿素后攪拌至完全溶解，再加入富鋰錳基正極材料，繼續攪拌至均勻，將得到的混合溶液密封在聚四氟乙烯中并于烘箱內加熱120~150℃，保持15~20小時，降至室溫后真空抽濾、洗滌，再80℃干燥12小時，收集材料粉末放入馬弗爐中，加熱至500℃，保溫3~6小時，隨爐冷卻降至室溫，得到鋯酸鋰包覆富鋰錳正極材料。

技術領域

本發明屬于儲能材料設計技術領域，具體涉及一種鋰離子導體包覆富鋰錳基正極材料的制備方法。

背景技術

目前已商業化的正極材料容量較低，滿足不了新能源電動汽車的要求，開發高性能的正極材料是提升鋰離子電池性能和推進新能源電動汽車發展的關鍵。層狀富鋰錳基氧化物容量高（＞250mAh/g），成本低廉且安全性好，被視為下一代動力電池的主要材料。但是這類高性能的材料要實現商業應用還存在許多困難：首次不可逆容量大，循環穩定性和高倍率性能差等。因此，針對富鋰錳基正極材料的特點和不足，科研工作者進行了一系列改性工作。表面包覆可以在首次充電過程中保護氧空位，提高首次放電容量；有效抑制材料表面和電解液副反應，減少鋰離子消耗和過渡金屬離子溶解，提高其循環性能。其中鋰離子導體材料Li₂ZrO₃包覆不僅可以緩解活性電極材料被電解液腐蝕，還自主構建了鋰離子通道，加速電極界面電荷交換，提高電極材料的電化學性能。

發明內容

本發明目的在于提供一種鋰離子導體包覆富鋰錳基正極材料的制備方法，能夠形成厚度均勻的包覆層，從而改善鋰離子電池循環性能和倍率性能，并且抑制其電壓衰減。

為實現上述目的，本發明公開了如下的技術內容：

一種鋰離子導體包覆富鋰錳基正極材料的制備方法，按照以下步驟制備：

（1）制備富鋰錳基正極材料：

將碳酸鹽前驅體和碳酸鋰按1：1.02~1.5的摩爾比分散在無水乙醇中，無水乙醇的添加量沒過上述物質即可，攪拌混合均勻、干燥后得到粉末，將得到的粉末置于馬弗爐中，在450℃下保溫6~12小時，降至室溫，再在850℃保溫12~24小時，自然冷卻至室溫，得到富鋰錳基正極材料；

（2）制備鋯酸鋰包覆富鋰錳基正極材料：

將硝酸氧鋯和硝酸鋰溶解在40~80mL的無水乙醇中，硝酸氧鋯和硝酸鋰的摩爾比為2:1，加入尿素后攪拌至完全溶解，硝酸氧鋯與尿素的質量比1:2~2.5，再加入步驟1制備的富鋰錳基正極材料，繼續攪拌至均勻，將得到的混合溶液密封在聚四氟乙烯中并于烘箱內加熱至120~150℃，保持15~20小時，降至室溫后真空抽濾、洗滌得到粉末，將濾膜上粉末在烘箱中80℃干燥12小時，收集材料粉末放入馬弗爐中，以3~5℃/min的升溫速率，加熱至500℃，保溫3~6小時，隨爐冷卻降至室溫，得到鋯酸鋰包覆富鋰錳正極材料。

本發明所采用技術方案的特點還在于，

步驟（1）中碳酸鹽前驅體為Mn_0.667Ni_0.166Co_0.166CO₃。

步驟（1）中攪拌時間為3h，然后將溶液在80℃下干燥5小時。

步驟（1）中以3~5℃/min的升溫速率升溫至450℃，以3~5℃/min的升溫速率升高至850℃。

步驟（2）中加入尿素后的攪拌時間為2小時，加入富鋰錳基正極材料后攪拌時間為1小時。

步驟（2）中降至室溫后真空抽濾，用洗滌采用無水乙醇洗滌3~5次。