[发明专利]一种层状镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种层状镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。所述层状镍锰酸锂正极材料表面包覆疏水性有机物，所述疏水性有机物以膜的形态包覆于层状镍锰酸锂正极材料表面，所述疏水性有机物包括胆固醇十二烷基碳酸盐。本发明通过层状镍锰酸锂正极材料表面包覆的特殊疏水性有机物胆固醇十二烷基碳酸盐，使得正极表面呈现疏水性，可以阻隔在高水分环境下，层状镍锰酸锂正极材料表面吸水导致正极材料的电化学性能下降，同时与正极材料表面形成稳定的Mn‑C＝O键，有效地改善了镍锰酸锂正极材料的循环稳定性和电压降。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种层状镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，新能源凸显出爆发式增长趋势，人们迫切需求一种，成本低、高能量密度、高循环性能和高安全性的正极材料。目前市面上正极材料LiCoO₂和三元材料(NCM)，均不能够同时满足以上条件，主要原因是钴元素的价格持续走高，同时钴也是一种非环境友好型元素。三元材料中充放电过程中Ni²⁺和Li⁺的混排造成其循环稳定性差，另外，高镍材料严重的产气问题和低温性能较差，进一步制约其发展，富锂锰基层状氧化物(无钴)具有高于300mAh/g的比容量和1000Wh/kg的能量密度，被认为是下一代锂离子电池中最具有应用前景的正极材料之一。另外，其成本低、环境友好，但是，目前富锂锰基正极材料(无钴)存在着循环稳定性差和严重的电压降问题，严重制约其产业化发展。

CN113072101A公开了一种无钴正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将锂源、前驱体Ni_xMn_y(OH)₂和掺杂剂混合，经一次热处理得到基体材料；(2)将步骤(1)得到的基体材料和包覆剂混合，经二次热处理得到所述无钴正极材料。其采用单一无钴材料，循环稳定性较差。

CN112133903A公开了一种无钴正极材料的制备方法，包括如下步骤(1)无钴正极材料前驱体制备：(1a)将镍盐、锰盐溶液混合，加入纳米添加剂，超声；(1b)在氮气氛围中，将上述混合液加入反应釜，然后加入强碱与氨水的混合碱溶液，调节pH为9～12，反应温度40～60℃，反应结束后进行洗涤、过滤、干燥；(2)高温烧结：将氢氧化锂与步骤(1b)得到的粉末混合均匀，在700～1000℃恒温煅烧5～20h，自然冷却得到无钴正极材料。其采用单一无钴材料，在循环过程中由于晶格氧释放和结构转换，锂离子在嵌入脱出过程中造成结构坍塌，其中部分游离锂离子在表面沉积导致其循环稳定性较差，难以商业化应用。

因此，如何提升无钴正极材料(层状镍锰酸锂正极材料)的循环性能，降低其电压降，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种层状镍锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。本发明通过层状镍锰酸锂正极材料表面包覆的特殊疏水性有机物胆固醇十二烷基碳酸盐，使得正极表面呈现疏水性，可以阻隔在高水分环境下，层状镍锰酸锂正极材料表面吸水导致正极材料的电化学性能下降，同时与正极材料表面形成稳定的Mn-C＝O键，有效地改善了镍锰酸锂正极材料的循环稳定性和电压降。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种层状镍锰酸锂正极材料，所述层状镍锰酸锂正极材料表面包覆疏水性有机物，所述疏水性有机物以膜的形态包覆于层状镍锰酸锂正极材料表面，所述疏水性有机物包括胆固醇十二烷基碳酸盐。

本发明通过层状镍锰酸锂正极材料表面包覆的特殊疏水性有机物胆固醇十二烷基碳酸盐，使得正极表面呈现疏水性，可以阻隔在高水分环境下，层状镍锰酸锂正极材料表面吸水导致正极材料的电化学性能下降，同时与正极材料表面形成稳定的Mn-C＝O键，有效地改善了镍锰酸锂正极材料的循环稳定性和电压降。