[发明专利]一种层状富锂正极材料的表面结构和化学组成同步调控方法

说明书

本发明公开了一种层状富锂正极材料的表面结构和化学组成同步调控方法，该正极材料的通式为：xLi₂MnO₃·(1‑x)LiMO₂或Li_1+x[M]_1‑xO₂，M为Mn、Co、Ni中的一种或几种；包括以下步骤：1）将碳酸盐前驱体置于处理剂溶液中进行表面处理；2）将处理后的碳酸盐前驱体烧成氧化物，再与锂源化合物均匀混合，经过高温煅烧得到表面改性的层状富锂正极材料。该材料的主体为层状结构，表面为尖晶石相，层状结构与尖晶石相之间为过渡混合相，且表面的化学组成与主体的化学组成不同。本发明操作简单易控，能赋予正极材料快速的锂离子扩散通道、稳定的循环寿命和微弱的电压衰退等优越电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种层状富锂正极材料的表面结构和化学组成同步调控方法，属于能源材料与电化学领域。

背景技术

锂离子电池由于具有比能量大、工作电压高、自放电率低和质量轻等优点，成为目前开发和应用最为广泛的电源体系。然而，当前锂离子电池的能量密度、功率特性、安全性能以及成本问题仍然制约其进一步发展，特别是难以满足电动汽车等战略性新兴产业对高能量密度电源的应用需求。锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料，而提高正极材料的比容量或工作电压是获得高能量密度的主要途径。与碳负极比容量(～350mAh/g)相比，当前商业化的正极材料，如层状钴酸锂、三元材料，尖晶石型锰酸锂和橄榄石型磷酸铁锂，都存在放电比容量偏低(200mAh/g)的问题。因此，开发具有高容量的新一代正极材料，从而获得高能量密度的锂离子电池是市场应用和行业发展的迫切需求。

在当前开发的正极材料当中，层状富锂正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或Li_1+xM_1-xO₂(M为Mn，Ni，Co等过渡金属，0x1)由于具有高比容量(250mAh/g)、较高工作电压、低成本和环境友好等特点在国内外掀起广泛的研究热潮，应用前景广阔。一般认为，该材料是层状Li₂MnO₃(空间群为C2/m)和层状LiMO₂(空间群为R3m)形成的固溶体或者两者在纳米尺寸上复合。然而，该材料存在首次不可逆容量大、倍率性能不足和电压衰退严重等问题，阻碍其商业化进程。层状富锂正极材料的表面性质，如表面结构和表面化学组成，被认为是影响电化学性能的关键因素。常见的表面改性方法，如表面包覆、表面掺杂、酸处理等，虽然可以有效的改善材料的性能，但往往只能单独改变某一方面，这样无法获得更为优异的综合电化学性能。如何同时改变材料表面结构或者化学组成仍然具有巨大的挑战。因此，寻找一种简单可控的方法，实现材料表面结构和化学组成的同步调控，从而获得兼具高比容量、良好倍率性能、优异容量和电压稳定性的正极材料，对锂离子电池及相关产业的快速发展具有重要的实际意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种操作简单易控，能够赋予正极材料快速的锂离子扩散通道、稳定的循环寿命和微弱的电压衰退等优越电化学性能的锂离子电池层状富锂正极材料表面结构和化学组成同步调控方法。

本发明采用的技术方案是：一种层状富锂正极材料的表面结构和化学组成同步调控方法，所述的层状富锂正极材料的通式为：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或Li_1+x[M]_1-xO₂，式中M为过渡金属Mn、Co、Ni中的一种或几种，0x1；该层状富锂正极材料颗粒的主体为层状结构，表面为尖晶石相，层状结构与尖晶石相之间为过渡混合相，且表面的化学组成与主体的化学组成不同，包括以下步骤：

(1)将碳酸盐前驱体置于处理剂溶液中，均匀搅拌处理后，用蒸馏水洗涤、过滤、干燥，得到处理后的碳酸盐前驱体；