[发明专利]一种改性无钴富锂正极材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种改性无钴富锂正极材料、其制备方法及应用，所述改性无钴富锂正极材料包括内核和包裹所述内核的金属酸锂层，所述内核为掺杂金属离子的无钴富锂正极颗粒。本发明利用金属离子掺杂和表面包覆能够有效提高无钴富锂正极材料的层间距并固定锰离子的溶解，从而在首次放电过程中提高锂离子嵌入到正极材料当中的活性位点的数量，进而提高首效；另一方面，金属酸锂层具有三维锂离子通道，能够有效的减缓Li₂MnO₃的相变过程，金属离子的参与能够起到钉扎效应，稳定材料的结构，从而降低了无钴富锂正极材料在循环过程中出现的电压衰减的问题。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种改性无钴富锂正极材料、其制备方法及应用。

背景技术

如今，面对全球化石能源过度开发造成的环境污染和气候变暖等问题，人们迫切需要用可再生能源来代替不可再生化石能源，虽然可再生能源不存在能源耗竭的可能，但受自然条件影响大，最主要的是利用率低，难以大规模储存和使用，锂电池因其高能量密度和高功率密度而成为当下最理想的储能介质，众所周知，锂电池主要由正极，隔膜，有机电解液和负极这四部分构成，其中正极材料在决定电池的性能和成本方面起非常重要的作用，传统锂电池正极材料有尖晶石型正极材料，层状结构正极材料，橄榄石结构正极材料等，但以上几种传统正极材料由于容量较低无法满足锂离子电池在电动汽车等相关领域的需求，此外，近年来钴和镍的价格持续走高，导致目前的三元材料价格攀升，而富锂锰基层状氧化物正极材料相对于其他传统正极材料具有容量高，理论能量密度高和价格低等优点，但是，也存在循环性能差，电压降等问题，阻止了其进一步产业化的过程。

无钴富锂正极材料普遍存在首效低，循环过成电压衰减问题，现有技术当中主要是对无钴富锂材料进行掺杂和包覆改性，但是效果改善不是太明显。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种改性无钴富锂正极材料、其制备方法及应用，本发明利用金属离子掺杂和表面包覆能够有效提高无钴富锂正极材料的层间距并固定锰离子的溶解，从而在首次放电过程中提高锂离子嵌入到正极材料当中的活性位点的数量，进而提高首效；另一方面，金属酸锂层具有三维锂离子通道，能够有效的减缓Li₂MnO₃的相变过程，金属离子的参与能够起到钉扎效应，稳定材料的结构，从而降低了无钴富锂正极材料在循环过程中出现的电压衰减的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性无钴富锂正极材料，所述改性无钴富锂正极材料包括内核和包裹所述内核的金属酸锂层，所述内核为掺杂金属离子的无钴富锂正极颗粒，所述金属离子包括钠离子和/或钾离子。

一方面，本发明利用金属钠离子和钾离子掺杂能够抑制过渡金属离子的迁移过程，使过渡金属离子在充放电过程中能起到支柱的作用，从而防止在大倍率充放电过程中造成的结构坍塌问题，从而提高首效，另一方面，钠和钾离子的掺杂能够扩大层状结构层间距，从而在不破化层状结构的同时，降低了锂离子的扩散能垒，从而提高电池的倍率性能，从经济成本考虑钠离子和钾离子在地壳中含量丰富，生产成本较低。

另一方面，表面包覆的金属酸锂层具有三维锂离子通道，能够有效的减缓Li₂MnO₃的相变过程，金属离子的参与能够起到钉扎效应，稳定材料的结构，从而降低了无钴富锂正极材料在循环过程中出现的电压衰减的问题。

作为本发明一种优选的技术方案，所述金属酸锂层的包覆量为内核质量的0.5～1.5wt％，例如可以是0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％或1.5wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的改性无钴富锂正极材料的制备方法，所述制备方法包括：