[发明专利]一种锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

一种锰酸锂正极材料，其化学式为Lisubgt;a/subgt;Alsubgt;b/subgt;Mnsubgt;2‑b‑c/subgt;Bsubgt;c/subgt;Osubgt;4‑d/subgt;Fsubgt;d/subgt;，其中，0.96≤a≤1.15，0＜b≤0.3，0＜c≤0.03，0＜d≤0.03；其二次颗粒呈球形，氟渗透在球形锰酸锂正极材料中，且氟含量从球形锰酸锂正极材料颗粒的表面向中心呈递减的梯度分布。其制备方法：将锂源、锰源、硼源混合后进行一次烧结，得到锰酸锂正极材料前驱体；然后与铝源、氟源混合进行二次烧结，得到锰酸锂正极材料。本发明通过调整氟元素在锰酸锂正极材料中的梯度分布，可以提高锰酸锂正极材料内部晶体结构的稳定性，保证材料在充放电过程中内部结构不会坍塌。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种球形锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种高效、环保、可再生的能源装置，由于其能量密度高、重量轻、自放电小等优点，成为传统3C产品、电动汽车、储能等领域的主要能源装置。锂离子正极材料是锂离子电池的重要组成部分之一，其性能直接决定了锂离子电池的性能和寿命。

目前，市面上最常使用的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂、三元材料以及磷酸铁锂正极材料。钴酸锂的缺点是钴资源储备稀少，价格昂贵，在使用过程中会发生热失控反应，存在安全隐患，此外，钴酸锂材料结构稳定性不够，容易在高温下分解。三元材料主要以镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂材料为主，其价格虽然比钴酸锂正极材料低，但是其存在温度敏感性和容量退化等问题，而磷酸铁锂的容量较低，不适合大容量电池的应用。因此，寻找一种具有高容量、长寿命、低成本的新型正极材料已成为近年来研究的热点。

锰酸锂具有容量大、高工作电压、安全性能好、资源丰富、价格低廉等优势，成为了一种备受关注的新型正极材料。但锰酸锂在循环过程中容易出现锰溶出的问题，导致其循环寿命降低，极大的限制了锰酸锂正极材料的发展。为了解决锰酸锂中锰溶出的技术问题，目前主要的解决方式是通过掺杂或包覆来改善的，利用氟元素来对锰酸锂进行改性就是一种有效的技术手段，然而目前的现有技术对氟元素的渗透深度研究不够，仅限于氟元素的表面包覆，因此对锰溶出的改善总是无法达到最佳效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种锰酸锂正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种锰酸锂正极材料，其化学式为Li_aAl_bMn_2-b-cB_cO_4-dF_d，其中，0.96≤a≤1.15，0＜b≤0.3，0＜c≤0.03，0＜d≤0.03；所述锰酸锂正极材料的二次颗粒呈球形，氟元素渗透在球形锰酸锂正极材料中，且氟元素含量从球形锰酸锂正极材料颗粒的表面向颗粒中心呈递减的梯度分布。

氟元素从球形锰酸锂正极材料颗粒的表面向颗粒中心呈递减的梯度分布，可以一定程度上增强锰酸锂正极材料的晶体结构，降低姜-泰勒效应的影响，从而减少因结构畸变而导致的锰溶出现象；同时，氟元素的渗入可以改变锰酸锂正极材料的电子能带结构，从而提高其电子传导性能和电化学反应活性。

上述的锰酸锂正极材料，优选的，在距离球形锰酸锂正极材料颗粒表面0.22R≤L≤R的球形区域内，氟元素含量占整个锰酸锂正极材料中氟含量的20％～40％；在距离球形锰酸锂正极材料颗粒表面L＜0.22R的区域内，氟元素含量占整个锰酸锂正极材料中氟含量的60％～80％，其中，R为锰酸锂正极材料二次颗粒的等效半径。