[發(fā)明專利]一種氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113745514B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設計）人: 陳勝洲;羅棋;康建凱;楊偉;鄒漢波
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 蘇運貞

本發(fā)明公開了一種氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料及其制備方法與應用。本發(fā)明通過將可溶性鋰鹽、鈷鹽、鎳鹽和錳鹽混合溶解得到金屬鹽溶液，再和沉淀劑混合，對所得混合物進行水熱反應，冷卻、烘干、研磨、焙燒、研磨，得到棒狀富鋰錳基氧化物正極材料；將其與六氟硅酸銨水溶液混合均勻，選擇性使用氨水進行混合；將得到的混合物烘干、研磨、焙燒、研磨，得到氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料。本發(fā)明一步實現(xiàn)了氟摻雜以及硅酸鋰包覆，制備方法簡單，得到的材料倍率性能優(yōu)異、循環(huán)穩(wěn)定性佳。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，特別涉及一種氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料及其制備方法與應用。

背景技術

富鋰材料Li_1+xM_1-xO₂(M為Ni、Co、Mn)一直是鋰離子電池正極材料的研究熱點之一。當前富鋰錳基層狀氧化物的實際放電比容量已達250mAh/g以上，能量密度可達900Wh/kg，能量密度可達900Wh/kg，容量顯著高于磷酸鐵鋰LiFePO₄、三元LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂等正極材料；而除了較高的儲鋰性能，相比起“高鎳”三元正極材料。組成富鋰錳基氧化物正極材料中的過渡金屬主要為儲量豐富的錳元素為主，僅含有少量的鎳、鈷等元素，因此成本更低，且對環(huán)境更加友好，被視為下一代高性能鋰離子電池正極材料的有力候選者之一。

然而富鋰錳基氧化物正極材料仍存在著許多問題：(1)首次充放電不可逆容量損失大；(2)循環(huán)穩(wěn)定性低，且循環(huán)過程中伴隨著電壓平臺衰減；(3)倍率性能不高。

表面包覆和元素摻雜已經(jīng)廣泛用于改善富鋰錳基氧化物正極材料的性能。由于層狀向尖晶石的相變往往首先發(fā)生在富鋰錳基氧化物正極材料顆粒的表面，因此通過適當?shù)谋砻姘惨种凭Ц裱醪豢赡媪魇硎蔷徑鈮航惮F(xiàn)象以及提高結構穩(wěn)定性的有效辦法。另外，在材料表面形成包覆層，可防止活性物質與電解液間的直接接觸，從而有效抑制副反應發(fā)生。而且大量研究也證實了摻雜可以有效改進材料的電化學性能。而為了達到顯著提升富鋰錳基氧化物正極材料的性能的目的，近幾年，改性方法已經(jīng)從單純單一改性開始向復合改性演變，改性方法進行改善融合是一種十分有效的策略。值得注意的是，復合改性不應是單純兩種典型改性的方法的簡單疊加，而應該是對已有方法的改良或采用新的處理方法來同時獲得多重改性。因此需要發(fā)明一種制備簡單且高效的對于富鋰錳基氧化物正極材料的復合改性方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料的應用。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料，化學式如下：

xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O_2-0.5yF_y@w％Li₂SiO₃，其中0.3≤x≤0.7，0.06≤y≤0.48，硅酸鋰的質量分數(shù)為w％＝0.5％～4％。

所述的x優(yōu)選為0.5≤x≤0.7。

所述的y優(yōu)選為0.06≤y≤0.24；更優(yōu)選為0.12≤y≤0.24。

所述的w優(yōu)選為1％～2％。

上述氟摻雜及硅酸鋰包覆的富鋰錳基正極材料的制備方法，包括如下步驟：