[发明专利]一种磷酸盐包覆镍锰酸锂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种磷酸盐包覆镍锰酸锂的制备方法及应用。

背景技术

与铅酸电池及镍镉电池相比，锂离子电池具有工作电压高、能量密度与功率密度大、无记忆效应、循环寿命长、环境友好以及自放电率低等众多优点。作为商用二次电源中性能优异的电池之一，锂离子电池被广泛地应用在手机、笔记本电脑、照相机等便携式电子产品以及电动自行车等中小型交通设备领域。然而，由于功率密度与能量密度方面的限制，其在电动汽车、混合电动汽车以及智能电网等大型领域的应用遇到了难题。而寻找高能量与功率密度的电极材料成为了解决这一问题的关键所在。

尖晶石结构的镍锰酸锂具有4.7V高电压平台，其理论比容量为147mAh g^-1，实际比容量为130mAh/g左右(A perspective on the high-voltage LiMn_1.5Ni_0.5O₄spinel cathode for lithium-ion batteries,Manthiram,A.,Chemelewski,K.,Lee,E.-S.,Energy&Environmental Science,2014,7,1339-1350)。与传统的LiCoO₂、LiFeO₄与LiMn₂O₄正极材料相比，拥有更高的能量密度。特别是其具有4.7V左右的充放电电压平台，在相同的电流下，能提供更高的功率密度，因而被电动汽车等大型储能领域所青睐，已发展成为最具有应用潜力的新一代锂离子电池正极材料之一。而且，这一材料具有三维扩散通道，有利于Li⁺的快速传输(Spinel materials for high-voltage cathodes in Li-ion batteries,Liu,D.,Zhu,W.,Trottier,J.,Gagnon,C.,Barray,F.,Guerfi,A.,Mauger,A.,Groult,H.,Julien,C.M.,Goodenough,J.B.,Zaghib,K.,RSC Advances,2014,4,154-167)。

然而，由于其充放电区间接近5V，超过了碳酸酯类等传统电解液的稳定窗口，在充放电过程中，电解液会发生氧化分解，进而导致电池阻抗的增加及容量的衰减(A Stable High-Voltage Cathode Material for Lithium-Ion Batteries.,Chong,J.,Xun,S.,Zhang,J.,Song,X.,Xie,H.,Battaglia,V.,Wang,R.,Li₃PO₄-Coated LiNi_0.5Mn_1.5O₄,Chem.Eur.J.,2014,20,1-8)。常温条件下，电解液分解速率是相对缓慢的，比容量仅出现轻微衰减现象。然而，当温度继续升高，如55℃高温，分解现象严重加剧，循环过程中放电比容量出现严重下降。