[发明专利]一种碳包覆富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，特别涉及一种碳包覆的富锂锂离子电池正极材料及其制备方法。 

背景技术

锂离子电池已在人们的日常生活中得到了广泛的应用，尤其是在手机电池、笔记本电池、移动电源等便携式电子产品的大量应用。目前，世界各国也在加大投资研究锂离子电池在电动汽车、航空航天等技术领域的应用。随着新能源汽车政策在全球的推行，未来锂离子电池在电动汽车以及电网蓄能等方面的需求可能呈现爆发式增长。这对构成锂离子电池的各个组成部分提出了更高的要求，研究开发高功率、高倍率的锂离子电池电极材料已成为锂离子电池技术的发展趋势。 

正极材料是锂离子电池的重要组成部分，与负极材料相比，正极材料在实际工作中所能达到的容量还比较低，因此正极材料也是限制锂离子电池发展的瓶颈。目前已经应用的正极材料主要有层状结构的LiCoO₂和三元材料、尖晶石结构的LiMn₂O₄以及橄榄石结构的LiFePO₄。但这些正极材料的实际比容量均比较低，一般都在200mAh/g以下。富锂正极材料因其具有较高的实际比容量，并且能在较高电压(4.8V)下工作而受到广泛关注。含有Ni、Mn的二元富锂正极材料Li[Li_aNi_1/2-3a/2Mn_1/2+a/2]O₂具有生产成本低，对环境友好等优点，适用于大规模工业化生产。Li[Li_aNi_1/2-3a/2Mn_1/2+a/2]O₂正极材料是由层状Li₂MnO₃与LiNi_1/2Mn_1/2O₂形成的固溶体。在首次充放电的过程中，当充电电压较低时，Li₂MnO₃没有电化学活性，Li不会脱出，Li₂MnO₃可以起到稳定整个材料结构的作用；当充电电压较高时，Li₂MnO₃中的Li离子可以脱出，提供一部分容量。因此，富锂材料在充电至高电压时可达到250mAh/g以上的容量。但富锂材料Li[Li_aNi_1/2-3a/2Mn_1/2+a/2]O₂的倍率性能较差，这严重阻碍了这一材料在高倍率要求方面的应用。研究能够改善富锂Li[Li_aNi_1/2-3a/2Mn_1/2+a/2]O₂的高倍率性能且易于大规模工业化生产的方法已成为此材料发展的迫切需求。 

碳包覆既可以提高正极材料中电子及离子的传导，又可防止纳米颗粒团聚长大，多用于改善LiFePO₄及Li₃V₂(PO₄)₃等正极材料。而富锂型正极材料未见采用碳包覆来改善倍率性能的相关报道，这可能是由于传统的制备方法碳的加入会导致过渡金属无法氧化至高价态。本发明采用将过渡金属Mn在制备富锂中间相的步骤中进行氧化，并缩短烧结的升温及保温时间，以达到预期效果。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高倍率性能的碳包覆富锂正极材料及其制备方法，该方法易于操作，成本低廉，且对环境友好，适用于大规模工业化生产。 

本发明的技术方案是：一种表面包覆有碳的富锂正极材料，所述的正极材料为富锂材料Li[Li_aNi_1/2-3a/2Mn_1/2+a/2]O₂表面包覆碳，其组分以质量分数计：碳所质量分数为0.5～15%，富锂材料所占质量分数为85～99.5%。 

本发明的另一目的是上述碳包覆富锂正极材料的制备方法，具体制备过程如下：