[发明专利]氟化锂包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开氟化锂包覆的富锂锰基正极材料，包括由一次颗粒组成的富锂锰基二次颗粒和氟化锂包覆层，其中氟化锂包覆层均匀分布在富锂锰基二次颗粒的表面，质量含量为1％～10％；本发明还公开氟化锂包覆的富锂锰基正极材料的制备方法，利用低温气相处理捕获富锂锰基正极材料的表面残锂，在其表面人工构筑了均匀稳定的氟化锂包覆层；该包覆层的构筑不仅有效抑制了富锂锰基的尖晶石相变和容量衰减，而且加速了界面Lisupgt;+/supgt;的扩散，有效解决了界面不稳定和结构退化问题，该思路有望应用于其他含锂的锂离子正极电极材料。

技术领域

本发明属于储能材料设计技术领域，涉及氟化锂包覆的富锂锰基正极材料。

本发明还涉及氟化锂包覆的富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

目前，续航里程短、成本偏高等问题制约了电动汽车的深入发展，因此，开发具有高能量密度的电极材料是实现高能量密度动力电池最有效的途径。在众多正极材料中，富锂锰基正极材料具有较高的理论比容量(＞250mAh/g)，同时，该材料锰元素占比＞50％，不仅成本低(Mn:1.7万元/吨；Ni:21.4万元/吨；Co:28.9万元/吨)，而且安全性好。因此，富锂锰基正极材料被认为是下一代锂动力电池的理想之选，是锂电池突破400Wh/kg的技术关键；

富锂锰基正极材料的高容量来源于阳离子氧化还原电对(Ni²⁺/Ni⁴⁺,Co³⁺/Co⁴⁺,Mn³⁺/Mn⁴⁺)和阴离子氧化还原电对(O^2-/O^-/O₂)的共同作用。但随之而来的层状结构到尖晶石结构的转变以及晶格氧的脱出也带来了一系列的问题，如不可逆的结构演变、电压衰减/迟滞、首次不可逆容量损失等。上述问题很大程度上源自于正极材料在充放电过程中不稳定的表层结构，因此，构筑稳定且适配的包覆层有望实现对不良副反应的物理阻隔，优化其在高压下的不稳定表层结构。

发明内容

本发明的目的是提供氟化锂包覆的富锂锰基正极材料，利用富锂锰基正极材料的表面残锂原位构筑了氟化锂包覆层，有效抑制了富锂锰基正极材料在充放电过程中的相变问题。

本发明的另一个目的是提供氟化锂包覆的富锂锰基正极材料的制备方法。

本发明所采用的第一个技术方案是，氟化锂包覆的富锂锰基正极材料，包括由一次颗粒组成的富锂锰基二次颗粒和氟化锂包覆层。

本发明第一个方案的特点还在于：

其中氟化锂包覆层均匀分布在富锂锰基二次颗粒的表面，质量含量为1％～10％。

本发明所采用的第二个技术方案是，氟化锂包覆的富锂锰基正极材料的制备方法，采用氟化锂包覆的富锂锰基正极材料，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备富锂锰基正极材料；

步骤2，将经步骤1得到的富锂锰基正极材料平铺在刚玉舟中进行低温气相处理，即可获得氟化锂包覆的富锂锰基正极材料。

本发明第二个技术方案的特点还在于：

其中步骤1中富锂锰基正极材料的化学式为xLi₂MnO₃·(1－x)LiMO₂，其中，M为过渡金属Ni、Mn、Co中的一种或多种，x的取值范围为0≤x≤1；

其中步骤2中低温气相处理的气体为三氟化氮/氩气混合气体；

其中三氟化氮/氩气混合气体中三氟化氮含量为5％～10％；

其中步骤2中低温气相处理中气体气流量为10～120sccm/min；通气时间为0.5min～30min；