[发明专利]一种富锂锰基材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种富锂锰基材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：将钒酸盐放入溶剂中，加热并搅拌使其溶解成钒酸盐溶液，加入氨水调节pH值，加入富锂锰基材料形成悬浮液，加热并不断搅拌使悬浮液中的水分蒸发掉，先送入鼓风干燥箱中烘干，再经煅烧、球磨、过筛，制得富锂锰基材料。本发明能有效地在富锂锰基材料表面形成致密的五氧化二钒包覆层，包覆层可以作为保护膜，阻止富锂锰基正极材料与电解液直接接触，减少电解液的酸性侵蚀并改善其循环性能，获得高放电比容量、高的库仑效率和循环稳定性优异的富锂锰基材料。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，尤其涉及一种富锂锰基材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。可再充电锂离子电池具有能量高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境友好等优点，从而被广泛用作电动车辆和间歇可再生能源的能量存储装置。虽然，目前LiCoO₂由于其良好的电化学性能和制备方便，已被广泛应用于工业锂离子电池的正极材料之一，但也存在成本高、毒性高、安全性差等问题。为满足电池对更高能量密度的需求，近年来人们开发了一系列的富锂锰基层状氧化物，采用其具有的高容量(＞250mAhg^-1)和高工作电位(＞4.5V)等优点作为阴极材料。虽然富锂锰基阴极材料可以实现非常高的容量，但它们通常必须通过充电到高电位(4.6～4.8Vvs.Li⁺/Li)进行电化学活化。在这个激活过程中，氧原子从材料中损失，导致不可逆的容量损失和低的库仑效率。此外，4.6～4.8V的高电位超出了常规电解液的电化学稳定窗口，这些高电位增加了电解质的酸度，使得电极-电解质界面处发生副反应，导致富锂锰基材料的循环性能差。

为了保护富锂锰基阴极材料免受HF攻击，特别是在高截止电压下工作时，表面改性由于其简单性和有效性而被研究人员广泛应用，表面包覆能显著提高富锂锰基材料的电化学性能。表面包覆层化合物能有效阻止电解液与电极材料的直接接触，延缓电解液对电极材料表面的腐蚀，减少电极-电解液界面处的寄生反应。目前常用的包覆材料包括金属氧化物、氟化物、碳材料、磷酸盐和其他含锂化合物，但是通常都是采用的固相法进行包覆。例如：

1、专利申请CN201510307912.8，本发明涉及一种锂离子电池固溶体正极材料及其制备方法，本发明将LizA_0.5Mn_1.5O_y包覆在xLi₂MnO₃·1-xLiNi_aCo_bMn_1-a-bO₂表面，包覆量占整个正极材料的质量的1-20％，该材料充分利用富锂固溶体正极材料在充电过程中脱出的Li₂O，Li₂O进一步嵌入LizA_0.5Mn_1.5O_y，形成具有三维离子扩散通道尖晶石型的表面包覆物LiA_0.5Mn_1.5O₄，有效地提高了锂离子在xLi₂MnO₃·1-xLiNi_aCo_bMn_1-a-bO₂正极材料表面的传输，进而提高了其首次库伦效率和倍率性能。但是，此制备方法所用的包覆材料的量与主体材料的比例过大，损失了一定的主体材料的容量。