[发明专利]一种改性的富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性的富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用，所述改性的富锂锰基氧化物正极材料的结构由内到外依次包括富锂锰基氧化物正极材料、富含氧空位的原位诱导尖晶石结构层。本发明提供的制备方法简单易操作，能有效提高富锂锰基氧化物正极材料的循环稳定性，重复性好，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明具体涉及一种改性的富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球各个国家禁售燃油车期限的日益逼近，同时，这也加速了新能源汽车的快速普及，但是新能源汽车的成本问题和续航问题，一直受到用户等各方面的排斥，这也就是对新能源汽车动力电池的能量密度和制造成本提出了更高的要求。而在动力电池的成本构成，正极材料占据了40％，所以正极材料的成本和性能决定了动力电池的性价比。而且，正极材料也是一直制约动力电池能量密度和功率密度提升的关键因素。因此，开发成本低廉、能量密度和功率密度高的正极材料是在必行。

与目前商业化的正极材料相比，(如：锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、三元正极材料等)，富锂锰基氧化物正极材料具有众多优势，如低成本、不含钴、低镍、高的理论比容量(超过250mAh g^-1)、宽的工作窗口(2.0～4.8V)等，而被认为是最有希望的下一代高能量密度动力锂离子电池首选的正极材料。但是，富锂锰基氧化物正极材料目前依然存在一些不足，这些不足极大地限制了其商业化的进程。富锂锰基氧化物正极材料作为锂离子电池的正极材料，在第一次活化过程中，其组分中的Li₂MnO₃相被激活，会释放出大量的氧气，导致材料表层结构中的晶格氧减少，从而引起结构重排，堵塞锂离子的扩散通道；同时，高的工作电压会促使电解液发生分解，形成氢氟酸等对电极材料有害的物质，从而引起动力电池性能的下降；而且，在随后的循环过程中，富锂锰基氧化物正极材料的表层结构会遭受更加严重的破坏，导致材料的循环稳定性下降，难以满足商业化的需求。目前，离子掺杂和形貌控制可以有效提高材料的循环稳定性，但是离子掺杂将引入其它的杂质离子，同时也将增加材料的加工成本，不利于商业化；形貌控制对材料的制备工艺具有很高的要求，所制备的形貌不能很好的保存，不能提高材料的振实密度，更不能商业化。与此同时，表面修饰改性是一种有效提高富锂锰基氧化物正极材料循环稳定性的方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提高富锂锰基氧化物正极材料的循环稳定性，本发明提供了一种改性的富锂锰基氧化物正极材料及其制备方法和应用，该制备方法简单易操作，能有效提高富锂锰基氧化物正极材料的循环稳定性，重复性好，适合大规模工业化生产。

为实现上述目的，所采取的技术方案：一种改性的富锂锰基氧化物正极材料，所述改性的富锂锰基氧化物正极材料的结构由内到外依次包括富锂锰基氧化物正极材料、富含氧空位的原位诱导尖晶石结构层。

优选地，所述富锂锰基氧化物正极材料的分子式为Li_1+xTM_1-xO₂,TM＝Mn、 Co、Ni、Fe、Cr、Ti、Mg、Al中的至少两种，x＝0～0.4；更优选地，所述富锂锰基氧化物正极材料的分子式为Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂。

优选地，所述改性的富锂锰基氧化物正极材料的粒径为3～20μm。

本发明提供了上述所述的改性的富锂锰基氧化物正极材料的制备方法，所述制备方法是将富锂锰基氧化物正极材料经过有机溶剂改性后得到所述富锂锰基氧化物复合正极材料。