[发明专利]一种钼酸镧表面改性的富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钼酸镧表面改性富锂锰基正极材料的方法。通过将钼酸镧纳米颗粒镶嵌在微米四棱柱状结构的富锂锰基正极材料的表面，不仅能有效抑制循环过程中电解液的侵蚀，减轻活性物质的结构破坏；还能诱导材料表面发生离子重排，生成具有三维通道的有序尖晶石相，有助于加快锂离子的嵌入/脱出。此外，钼酸镧氧化物内部存在丰富氧空位，将对材料的局域电场产生影响，降低材料的电荷转移阻抗。将其作为正极材料应用于锂离子电池，基于钼酸镧表面改性的积极作用，富锂锰基正极材料表现出更高的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及正极材料技术领域，具体涉及一种钼酸镧表面改性富锂锰基正极材料的方法与应用。

背景技术

近年来，环保型可充电锂离子电池在新能源产业中发挥着重要的作用。随着社会和科学技术的发展，混合动力汽车和电动汽车等对锂离子电池的能量密度要求不断上涨，商业化的正极材料如LiCoO₂和LiFePO₄等，由于可逆容量和工作电压低的缺陷，无法再满足锂离子电池的高能量密度需求。富锂锰基材料，化学通式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0＜x＜1；M＝Mn、Ni和Co等)，具有更高的比容量(250mAh g^-1)和更宽的电压范围(2.0～4.8Vvs.Li⁺/Li)，有望成为下一代高能量密度锂离子电池的正极材料。然而，该材料目前存在的一些固有缺陷严重阻碍了其商业化应用：(1)首次充电过程中，在电压超过4.5V时释放出的Li⁺和O^2-造成的不可逆容量损失，导致富锂锰基材料的初始库仑效率较低；(3)O^2-的不可逆释放导致其无法在后续的循环过程中发生氧化还原反应以提供额外的高容量，导致富锂锰基材料的循环性能较差；(3)结构中存在的Li₂MnO₃成分导电性不佳，导致富锂锰基材料的倍率性能不佳。

表面改性已被证明能有效改善富锂锰基正极材料循环性能。通过表面改性的方式，可以在富锂锰基材料表面形成一层保护界面，以减少HF腐蚀造成的结构破坏，达到提升富锂锰基材料循环稳定性的目的。但是，这种方式难以解决富锂锰基材料的倍率问题。而尖晶石结构具有三维的锂离子扩散通道，能够有效的提升材料的锂离子扩散速率，增强材料的倍率性能。因此，通过一种简单的方法，制备出表面具有保护层，且内置尖晶石结构的富锂锰基正极材料，同时改善材料的循环性能和倍率性能显得尤为重要。

发明内容

针对富锂锰基正极材料较差的循环和倍率性能，本发明的目的在于提供一种钼酸镧表面改性的富锂锰基正极材料方法。惰性的钼酸镧纳米颗粒镶嵌在富锂锰基材料表面，不仅能降低电解液对活性物质的腐蚀作用，增强富锂锰基材料的循环稳定性；还能诱导材料表面发生离子重排，生成具有三维锂离子扩散通道的尖晶石结构，提升锂离子的脱嵌速率，增强富锂锰基材料的倍率性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钼酸镧表面改性的富锂锰基正极材料，材料基体为富锂锰基氧化物，外部镶嵌钼酸镧复合氧化物纳米颗粒，其中钼酸镧复合氧化物所占质量比为富锂锰基氧化物的1～5wt％。

作为一个优选的方案，上述富锂锰基正极材料的化学通式为：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中，0＜x＜1，M为Ni，Co，Mn的一种或多种。

作为一个优选的方案，所述钼酸镧表面改性的富锂锰基正极材料为表面多孔的四棱柱状结构。

本发明提供了一种钼酸镧表面改性富锂锰基正极材料的方法，该方法原料成本低廉，条件设备简单，操作步骤简易，能够实现大批量制备，包括以下步骤：

(1)将富锂锰基正极材料超声分散在去离子水和无水乙醇的混合溶液中，形成黑色悬浊液，