[发明专利]一种包覆改性的锂离子电池镍锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种包覆改性的锂离子电池镍锰酸锂正极材料的制备方法，该方法包括：(1)制备镍锰酸锂正极材料；(2)将含钛化合物与镍锰酸锂正极材料、水在分散介质中混合均匀，得到前驱体；(3)将所述前驱体置于氮气气氛下烧结，得到氮化钛包覆的镍锰酸锂正极材料。本发明制备方法将含钛化合物与镍锰酸锂正极材料混合，并通过氮气气氛下烧结得到氮化钛包覆的镍锰酸锂正极材料；该材料可以通过防止活性材料和电解液直接接触而减少锰在电解液中的溶解，从而提高锂离子电池镍锰酸锂正极材料在大倍率下的放电性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种包覆改性的锂离子电池镍锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，伴随着工业的迅速发展，人们生活水平地不断提高，石油和煤等不可再生资源的大量消耗，以及我国能源危机与环境污染的日益严重，开发清洁可再生的新能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。

锂离子电池具有工作电压高、重量轻、比能量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应和环境污染小等优点，无论从寿命比能量和电压等技术指标，还是从环境来看，其已经成为我国新能源产业发展的一个重要方向。正极材料镍锰酸锂具有放电电压高、热稳定性好和价格较低等优点，所以，LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料成为高电压尖晶石正极材料研究的热点。

目前，镍锰酸锂的合成方法主要有共沉淀法、熔盐法和溶胶凝胶法、喷雾干燥法等。但是，采用草酸盐或碳酸盐作为沉淀剂合成的镍锰酸锂材料的振实密度较低，从而在动力电池中的能量密度较小。而采用氢氧化物作为沉淀剂合成的镍锰酸锂材料虽然振实密度较高，但需要惰性气体的保护，对设备的要求较高，不易于大规模产业化应用。而熔盐法、溶胶凝胶等方法操作步骤复杂，影响因素过多，在产业化过程中也存在不易控制的缺点。高温固相法操作方便、合成工艺简单，易于工业化生产，但普通固相法生产的材料颗粒易团聚，影响材料的稳定性及电化学性能。

因此，低成本、易规模化生产、产品质量易控制的镍锰酸锂材料生产路线成为工业化生产中追求的路线。

镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)的高电压特性虽然提高了材料的能量密度，但是高电压又会导致电解液的分解，进而导致材料的循环性能和倍率性能下降。研究发现，电解液分解引起正极材料表面变质是导致容量衰减的主要因素。正极材料本身的电势较高，脱锂态正极材料具有较强的氧化性，使得在电极表面的电解液不停地被氧化分解，并负载到材料的表面，形成SEI膜，这层膜严重阻碍了锂离子的正常脱嵌，随着循环次数的增加，有效锂将会越来越少，造成容量严重衰减。

目前，有效解决这一问题的方法是对材料表面进行包覆改性，通过改变电极材料的表面状态来提高正极材料的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性能等。

例如：申请公布号为CN105304896A的发明专利申请公开了一种氧化锌包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，该方法制备出来的材料循环寿命长。申请公布号为CN105355904A的发明专利申请公开了一种铝包覆镍锰酸锂的制备方法，该方法包覆均匀，产品一致性好，改善了镍锰酸锂的循环性能和高温性能。但是，氧化物的电子导电性差，Li⁺在包覆层中的扩散能力变差，差的电子导电性和Li⁺扩散能力限制了电极材料在循环过程中的容量。

因此，有必要探究一种新的针对镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)的包覆工艺，以改善正极材料镍锰酸锂的循环性能和提高循环过程中的容量。

发明内容

本发明提供了一种包覆改性的锂离子电池镍锰酸锂正极材料的制备方法，该材料具有良好的导电性能，循环性能高，循环容量大。

本发明的具体方案如下：