[发明专利]一种锰基正极材料的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学储能技术领域，尤其是指一种锰基正极材料的处理方法。

背景技术

锂离子电池的性能在很大程度上取决于正极材料，LiCoO ₂ 是目前应用最广泛、最成熟的商品化锂离子电池的正极材料，其具有α-NaFeO₂ 型岩盐的层状结构，Li⁺能够在层间发生嵌入/ 脱出反应。然而，由于安全问题，LiCoO₂ 主要应用于小型便携设备的电池。

锂离子电池是目前应用最广泛、最成熟的商品化电池，其中锰基正极材料，包括尖晶石LiMn₂O₄，面向于不同应用需要的三元材料LiNi_xCo_yMn_zO₂，包括333,442,523和811等多种形态，均是基于Mn元素的储量丰富，价格便宜，以及环境友好而得到广泛应用。

但目前所合成材料的性能普遍不够理想，特别是倍率性能较差，在较大电流下不能体现出高容量的优势，且随着充放电进行，结构不稳和副反应等原因，造成容量衰减。目前一般采用包覆氧化物或者氟化物，以及元素掺杂等达到改善倍率性能和循环稳定性的目的。两种技术都能在一定程度上改善材料的电化学性能，但是应用过程相对复杂，难以控制，难以获得较好的一致性；另外也造成材料处理或者合成过程复杂，成本升高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锰基正极材料的处理方法，其处理过程简单，得到表面均匀改性，电化学性能较大改善的产品。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种锰基正极材料的处理方法，包括：

一，采用酸性物质将分散溶剂PH调至1-5，将对氢标准电极电位为1.3V以上的电对氧化态物质的氧化剂加入其中，充分溶解，配成浓度为0.02-0.1mol/L的溶液，在溶液中加入锰基正极材料，氧化剂与锰基正极材料摩尔数之比为1：100-15：100，充分分散；

二，待上述溶液分散均匀后，在30-200℃下，恒温反应20-100h；

三，所述反应结束后，将得到的物质抽滤，洗净，干燥，然后将干燥的正极材料在空气或惰性气体环境温度为200-1000℃下烧结2-15h；冷却到常温后取出，研磨后得产品。

所述锰基正极材料为锰基材料Li_xM_yMn_δO_z，M为金属元素Mg，Al，Ni，Co，Fe，Cr中的一种或几种，并包含V，Zn，Ti，Zr，Mo，W元素掺杂的情况， 1.9≤x/( y+δ)≤0.8，且0.2≤δ≤1或0.4≤x/( y+δ)≤0.6，且1≤δ≤2），如系列层状富锂锰基材料，尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄及其同类掺杂材料。

所述酸性物质为强酸弱碱盐、有机酸以及无机酸。

所述氧化剂为过硫酸盐，双氧水，氯气及高锰酸钾。

所述锰基正极材料的处理过程采用恒温的封闭体系或开放体系，包括密闭水热釜或者开放反应容器。

所述分散溶剂为澄清自来水，超纯水，二次水，三次水和去离子水。

所述锰基正极材料的热处理过程在氧气气氛，空气气氛或者惰性保护气氛中进行。

所述热处理过程进行一次烧结或程序升温，在200-1000℃之间，进行退火处理。

采用上述方案后，本发明的处理方法是对材料的改性过程，是一种表面腐蚀，表面腐蚀使得部分元素和成分流失，热处理之后，在材料表面形成一层均匀的异质表面层，该均匀异质层的复合结构不仅能提供高速的锂离子嵌入脱出通道，并且能稳定的保持在材料颗粒表面，有效的抑制富锂材料与电解液的副反应过程；而且，该改性过程不改变材料的颗粒尺寸和分布，有利于获得高加工性能并具有优异电化学性能的含锰正极材料，该方法获得的产品大大提高了材料的倍率性能和大电流下的循环稳定性，且其处理过程较为简单，较低成本。

附图说明

图1是采用本发明处理方法不同处理程度和未处理材料的XRD谱图；

图2是未处理富锂锰基材料不同电流下放电曲线；

图3是处理后富锂锰基材料不同电流下放电曲线；

图4是未处理和处理后富锂锰基材料1C下循环曲线；

图5是未处理和处理后尖晶石材料在1C下的充放电曲线。

具体实施方式