[发明专利]金属氟化物包覆的层状富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氟化物包覆的层状富锂正极材料及其制备方法，具体为金属氟化物包覆的层状富锂正极材料Li[Li_(1-2x)/3M_xMn_(2-x)/3]O₂的制备方法。

背景技术

高能量、高功率锂离子电池是未来市场的必然需求。发展具有高容量、高倍率性能的锂离子电池正极材料是其中的关键。目前商业化的锂离子电池正极材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等，这些材料的容量均在200毫安时/克以下。与之相比，层状富锂材料Li[Li_(1-2x)/3M_xMn_(2-x)/3]O₂的理论比容量超过300毫安时/克，现已报道的实际放电比容量也高于200毫安时/克。另外，富锂层状材料价格低廉、制备方法简单、对环境无污染。因此，层状富锂材料Li[Li_(1-2x)/3M_xMn_(2-x)/3]O₂具有良好的商业应用前景。从实用化的角度考虑，层状富锂材料目前存在的最主要的问题是：1)首周不可逆容量过大；2)高倍率性能差。针对这些问题，已报道的改性方法主要包括对材料进行掺杂改性和表面包覆。CN2009100085461.2采用MnO₂对富锂材料进行包覆，在100毫安/克电流密度下，材料的放电比容量由175毫安时/克提高到了190毫安时/克，并且材料的循环性能和倍率性能有所改善；CN 200910186311.0采用掺杂阳离子的方法提高了材料的循环性能和倍率性能；CN201110111035.9采用过硫酸盐或硫酸盐等氧化剂对材料表面进行预处理，使材料的首次效率及高倍率的放电容量得到提高；CN 200980138690.4和CN 200980118046.0采用阴离子氟掺杂改良材料的性能，使首周不可逆容量明显降低。CN 200980150179.6采用AlF₃包覆含Co的富锂材料，提高了其电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氟化物包覆层状富锂材料及其制备方法，可以改善富锂材料现有的不足，它是采用难溶性的金属氟化物包覆在富锂材料的晶粒表面制得的复合材料及其制备方法。本发明具有比容量高、倍率性能好、循环稳定性强、制备简单等优点。

本发明提供的金属氟化物包覆层状富锂正极材料是以金属氟化物MeF_y和Li[Li_(1-2x)/3M_xMn_(2-x)/3]O₂为原料，MeF_y包覆Li[Li_(1-2x)/3M_xMn_(2-x)/3]O₂制成，MeF_y与Li[Li_(1-2x)/3M_xMn_(2-x)/3]O₂的质量比为2wt％～10wt％；所述的Li[Li_(1-2x)/3M_xMn_(2-x)/3]O₂正极材料中，M为Ni，Co，Cr或任意两种共存，x为0～0.33。制备步骤：按计量将富锂正极材料浸渍在相应金属Me的可溶性盐溶液中，然后加入等体积可溶性氟化物溶液反应，加热，分离，真空干燥，保护气体于焙烧。

所述金属氟化物MeF_y主要包括碱土金属氟化物(CaF₂、MgF₂、SrF₂)、镧系金属氟化物(LaF₃、CeF₃)及其他难溶性过渡金属氟化物(YF₃、VF₃、TiF₃、ZnF₂、FeF₃、ZrF₂、ZrF₃、ZrF₄等)。