[发明专利]一种氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法与应用。本发明通过将可溶性锂盐、钴盐、镍盐和锰盐混合溶解得到金属盐溶液，再和沉淀剂混合，对所得混合物进行水热反应，冷却、烘干、研磨、焙烧、研磨，得到棒状富锂锰基氧化物正极材料；将其与六氟硅酸铵水溶液混合均匀，选择性使用氨水进行混合；将得到的混合物烘干、研磨、焙烧、研磨，得到氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料。本发明一步实现了氟掺杂以及硅酸锂包覆，制备方法简单，得到的材料倍率性能优异、循环稳定性佳。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法与应用。

背景技术

富锂材料Li_1+xM_1-xO₂(M为Ni、Co、Mn)一直是锂离子电池正极材料的研究热点之一。当前富锂锰基层状氧化物的实际放电比容量已达250mAh/g以上，能量密度可达900Wh/kg，能量密度可达900Wh/kg，容量显著高于磷酸铁锂LiFePO₄、三元LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂等正极材料；而除了较高的储锂性能，相比起“高镍”三元正极材料。组成富锂锰基氧化物正极材料中的过渡金属主要为储量丰富的锰元素为主，仅含有少量的镍、钴等元素，因此成本更低，且对环境更加友好，被视为下一代高性能锂离子电池正极材料的有力候选者之一。

然而富锂锰基氧化物正极材料仍存在着许多问题：(1)首次充放电不可逆容量损失大；(2)循环稳定性低，且循环过程中伴随着电压平台衰减；(3)倍率性能不高。

表面包覆和元素掺杂已经广泛用于改善富锂锰基氧化物正极材料的性能。由于层状向尖晶石的相变往往首先发生在富锂锰基氧化物正极材料颗粒的表面，因此通过适当的表面包覆抑制晶格氧不可逆流失来是缓解压降现象以及提高结构稳定性的有效办法。另外，在材料表面形成包覆层，可防止活性物质与电解液间的直接接触，从而有效抑制副反应发生。而且大量研究也证实了掺杂可以有效改进材料的电化学性能。而为了达到显著提升富锂锰基氧化物正极材料的性能的目的，近几年，改性方法已经从单纯单一改性开始向复合改性演变，改性方法进行改善融合是一种十分有效的策略。值得注意的是，复合改性不应是单纯两种典型改性的方法的简单叠加，而应该是对已有方法的改良或采用新的处理方法来同时获得多重改性。因此需要发明一种制备简单且高效的对于富锂锰基氧化物正极材料的复合改性方法。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料。

本发明的另一目的在于提供上述氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料，化学式如下：

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，硅酸锂的质量分数为w％＝0.5％～4％。

所述的x优选为0.5≤x≤0.7。

所述的y优选为0.06≤y≤0.24；更优选为0.12≤y≤0.24。

所述的w优选为1％～2％。

上述氟掺杂及硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料的制备方法，包括如下步骤：