[发明专利]氟铁酸钾改性富锂锰基层状锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氟铁酸钾改性富锂锰基层状锂离子电池正极材料，其化学通式为(xLi₂MnO₃·(1‑x)LiMO₂)/yK₄Fe₃F₁₂；其中，0.1≤x≤0.9，0.001≤y≤0.6，M为Mn、Ni和Co；其包括以下原料组分：锰原料、镍原料、钴原料、锂盐、钾源、铁源、氟源、络合剂和液体溶剂。并公开了该材料的制备方法：首先采用不同的方法制备出粉末状富锂锰基层状锂离子电池正极材料，然后水热法制备粉末状氟铁酸钾前驱体，最后将二者混合，研磨，即得。本发明的氟铁酸钾改性富锂锰基层状锂离子电池正极材料显著提高了电池正极材料的循环稳定性，改善了电池正极材料的容量衰减以及倍率性能差的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及氟铁酸钾改性富锂锰基层状锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有较高的能量密度，较高的工作电压和良好的循环性能等优点，为了满足电动汽车对动力电池的需要，锂离子电池能量密度需要进一步提高。目前商业化的锂离子电池负极材料采用石墨，其理论容量可达372mAh·g^-1，正极材料中的LiCoO₂已广泛应用于商用锂离子电池的正极材料；然而，它却只表现出理论容量一半(140mAh·g^-1)的可逆容量，并且Co是有毒且昂贵的一种元素，故成本高、毒性和安全问题这些都是限制其进一步的发展。LiMn₂O₄是典型尖晶石结构的正极材料，具有比LiCoO₂低廉、低毒性和高倍率性能；然而，尖晶石LiMn₂O₄的容量衰减比较严重，尤其是在高温下，因此其大规模的应用也受到了限制。橄榄石型LiFePO₄的充放电平台为3.4V，理论容量为170mAh/g；该材料具有原料来源广、成本低，晶体结构稳定、安全性能高和对环境友好等特点，但是其能量密度仍然不够高。

经过很多学者的研究，研究者将Co用Ni、Mn替代，形成一种层状正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，由于Mn元素有较大含量，称之为富锂锰基正极材料。这种材料在大于2.5V工作电压时能提供200mAh·g^-1以上的高容量，成为最有前景的新一代正极材料。

但是，由于富锂锰基正极材料具有低电导率以及与电解液容易发生副反应等缺点，导致其在大倍率条件下的充放电性能较差，1C容量仅在100mAh/g左右。因此，提高其倍率性能并且减缓能量衰减是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种氟铁酸钾改性富锂锰基层状锂离子电池正极材料及其制备方法，该电池正极材料具有良好的倍率性能，并且其放电平台的衰减可得到延缓。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)氟铁酸钾改性富锂锰基层状锂离子电池正极材料，其特征在于，其化学通式为(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂)/yK₄Fe₃F₁₂；其中，0.1≤x≤0.9，0.001≤y≤0.6，M为Mn、Ni和Co。

(二)氟铁酸钾改性富锂锰基层状锂离子电池正极材料，其特征在于，包括以下原料组分：锰原料、镍原料、钴原料、锂盐、钾源、铁源、氟源、络合剂和液体溶剂。

优选地，所述锰原料为金属锰、锰氧化物、含锰无机盐、含锰有机盐或含锰醇盐。

进一步优选地，所述锰原料为硝酸锰、硫酸锰、甲酸锰、乙酸锰或氧化锰。