[发明专利]强氧化性酸处理构造表面具有高价态过渡金属的无序结构锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种强氧化性酸处理构造表面具有高价态过渡金属的无序结构锂离子电池正极材料及其制备方法，以锂离子正极材料为原料，将其在强氧化性的酸中进行处理，形成具有高价态过渡金属的无序结构表面层。本发明有效的处理了材料表面残余的LiOH，Li₂CO₃和游离的金属锂，降低了材料的pH值，同时表面高价态过渡金属易使Li⁺快速脱嵌，提高了锂离子传输效率，并且高价态过渡金属诱导电子结构的改变，使其产生三维无序的表面结构，为锂离子传输提供通道，提高锂离子扩散系数，提升了材料的比容量，倍率性能和循环稳定性。并且本发明制备方法简单易行，成本低，适合大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体的说是涉及一种强氧化性酸处理构造表面具有高价态过渡金属的无序结构锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，随着环境污染，资源枯竭的逐渐加剧，锂离子电池作为绿色化学电源的代表，具有能量密度高，循环性能好，工作电压高等优点，因此受到了越来越多的关注。

但是，由于动力电池领域的市场需求在不断的增加，人们对锂离子电池的能量密度的要求也越来越高，而作为决定锂离子电池电化学性能的最重要因素的正极材料，现有正极材料的放电容量，循环稳定性，倍率性能等仍然无法满足商业化的市场需求，故提高锂离子电池正极材料的能量密度与容量密度仍是各方学者研究的热门问题。

现在，人们常用的提高锂离子电池正极材料能量密度的方法主要有掺杂，包覆等；

掺杂主要是加入一些金属元素替代其中的过渡金属，稳定材料的晶格结构，避免充放电过程中的Li/Ni混排及过渡金属被HF溶解，然而有些金属的加入并不能参与电化学过程中的氧化还原反应，不能提供容量，降低材料的容量；

类似的，包覆氧化物，氟化物和磷酸盐等在锂离子电池正极材料的表面可以避免循环过程中电极材料与电解液发生副反应，提高材料的循环性能，但是包覆材料多是绝缘体或半导体，对材料中Li⁺传输起到了阻碍作用，不利于提高材料的倍率性能。

综上所述，研发一种高性能的锂离子电池正极材料，并提供一种较为简便的锂离子电池正极材料制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供了一种高性能的锂离子电池正极材料，具体为强氧化性酸处理构造表面具有高价态过渡金属的无序结构锂离子电池正极材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种强氧化性酸处理构造表面具有高价态过渡金属的无序结构锂离子电池正极材料，包括：锂离子电池正极材料和具有高价态的无序结构表面层；

所述具有高价态金属的无序结构表面层的厚度为3-10nm。

优选的，所述锂离子电池正极材料为锰基正极材料LiMn_xM_1-xO₂,LiMn_xM_1-xPO₄,LiMn_xM_1-xO₄和yLi₂MnO₃·(1-y)LiMn_xM_1-xO₂中的一种或几种的混合物，其中0x≤ 1,0y≤1，M为Ni，Co，Fe，Ti，Zn，Ba，Nb，Cu，Mo，Ba，Ru，Ir，Sr， Cr，Y，Ga，K，Mg，V，Zr中的一种或几种。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：