[发明专利]一种改性富锂镍锰酸锂体系正极材料的制备方法

说明书

一种改性富锂镍锰酸锂体系正极材料的制备方法：将Ni_0.5Mn_1.5(OH)₄前驱体与锂源按摩尔计量比为1:1.1~1:2，混合均匀后，进行两步煅烧，过筛，得到Li_xNi_0.5Mn_1.5O₄基体材料，x=1.1~2；将Li_xNi_0.5Mn_1.5O₄分散于有机溶剂中，然后加入硅源、锂源、金属源，Al、Zn、Ta、Cr中的一种或几种，进行凝胶包覆，干燥后进行高温烧结，得到包覆硅酸锂的金属衍生物快离子导体的富锂镍锰酸锂正极材料。本发明中通过在富锂镍锰酸锂体系正极材料表面包覆硅酸锂的金属衍生物快离子导体，可有效形成物理保护层，抑制过渡金属离子溶出，解决界面副反应问题，同时硅酸锂的金属衍生物快离子导体可兼顾提升改性材料的锂离子和电子传导特性，有效提升富锂镍锰酸锂体系正极材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及改性富锂镍锰酸锂体系正极材料的制备技术。

背景技术

5G基站、智能电网等新型储能领域的发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。电池能量密度的提升主要取决于正负极材料的发展，尤其是成本占比更高的正极材料，而“钴”金属资源的短缺却限制了高能量密度正极材料的发展。因此，开发高能量密度、低成本的“无钴”正极材料成为当下研究的重点。无钴镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）材料因其具有4.7 V（vs Li/Li⁺）的高工作电压，表现出较高的能量密度（650 kWh/kg），成为当下最具应用前景的高电压正极材料之一。而近期富锂镍锰酸锂体系正极材料的出现，在高电压的基础上成功突破了镍锰酸锂的理论容量（147 mAh/g），达到282.6 mAh/g，为镍锰酸锂材料能量密度的进一步提升提供了可能。

虽然富锂镍锰酸锂体系正极材料在能量密度和成本方面优势明显，但循环过程中过渡金属离子的溶解会导致材料发生严重的容量衰减。高电压条件下，部分电解液会在电化学循环过程中发生分解，同时诱导材料表面与电解液发生副反应，促使部分过渡金属离子从材料表面溶出，破坏材料的晶体稳定结构，进而引发严重的不可逆容量衰减。目前，针对富锂镍锰酸锂体系正极材料所存在的问题，尚无行之有效的解决方法。

针对镍锰酸锂材料所存在的问题，常规的改性手段是进行金属元素的掺杂（CN201811450413），但这并不完全适用于富锂镍锰酸锂体系正极材料，因为额外的锂离子会部分甚至完全占据到材料的空余位点，导致其他金属元素无法实现有效掺杂；而且，金属元素掺杂无法直接有效地解决高电压下材料与电解液界面副反应的问题，因此，元素掺杂无法完全满足富锂镍锰酸锂体系正极材料的改性需求。研究发现，表面包覆是一种很好解决界面副反应问题的方法，可以满足不同锂含量富锂镍锰酸锂材料的材料改性，但包覆材料的选择及包覆均匀性会直接影响包覆效果。常规的包覆材料导电性不佳，包覆后无法兼顾材料的锂离子导电性及电子导电性，而包覆层不均匀同样无法有效提升材料电化学性能。故有必要寻找一种既可解决材料循环稳定性问题，抑制过渡金属离子溶出，又可兼顾材料中锂离子和电子的传导特性的改性材料，同时创建一种可以提升包覆材料均匀程度的改性方法，进而高效实现富锂镍锰酸锂体系正极材料的改性。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性富锂镍锰酸锂体系正极材料的制备方法。

本发明是一种改性富锂镍锰酸锂体系正极材料的制备方法，改性富锂镍锰酸锂材料包括基体材料与包覆层材料；所述基体材料为富锂镍锰酸锂体系正极材料；所述包覆层材料为硅酸锂的金属衍生物快离子导体；所述包覆层质量占基体材料质量的0.5~5%；

所述方法制备步骤为：

步骤（1）通过常规共沉淀反应釜制备镍锰氢氧化物前驱体；