[发明专利]一种富锰富锂固溶体材料，其用途以及改性制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种富锰富锂固溶体材料，其用途以及改性制备方法。

背景技术

电动汽车领域有应用前景的锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂、锰酸锂等。虽然具有橄榄石结构的磷酸铁锂成本价格低、倍率性能好，但是由于其能量密度低(一般小于120Wh/Kg)、加工一致性差、低温性能差等问题，限制了其产业化水平和应用前景；同时具有尖晶石结构的锰酸锂具有非常适合锂离子进出的三维脱嵌通道结构，成本低、倍率性能好等优点，但是由于其比容量低，高温循环性能差等缺陷，影响了该类材料的大规模应用。因此人们都在积极寻找新的锂离子动力电池正极材料，Li2MnO3与层状氧化物LMO2(M＝Ni,Co,Mn)组成的富锂富锰正极材料(简称LNMO)是一种α-NaFeO2型固溶体材料，具有比容量高、工作电压高、能量密度高(>250Wh/Kg)、安全性较好等优点，被认为是最具应用前景下一代的锂离子动力电池正极材料之一，成为当今锂离子电池正极材料的研究热点；但是人们在研究中也发现，虽然LNMO具有较高的放电比容量和能量密度，但也存在着首次库伦效率低，倍率性能差，容量衰减等问题,所以需要通过对这类材料的改性来达到电动汽车对锂离子电池高倍率、高能量密度以及长寿命等性能的要求。

为了克服富锂富锰固溶体电池材料在应用中出现的倍率性能差和容量衰减等问题，目前业界对于以上问题的解决方法主要是通过材料本体掺杂或/和表面包覆来进行的，而表面包覆材料的种类和电池材料的性能是密切相关的，采用具有锂离子快速传导性的纳米钛酸锂对LNMO进行表面修饰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富锰富锂固溶体材料，其用途以及改性制备方法，解决富锂富锰固溶体材料的倍率和循环性能差的问题，通过共沉淀法，形成前驱物，然后陪锂合成固溶体材料，然后在材料表面均匀沉积钛酸锂。具体技术方案如下：

一种富锰富锂固溶体材料，其为一种0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi0.5Mn0.5O₂富锰富锂固溶体材料。

上述富锰富锂固溶体材料的用途，用作电池正极材料。

进一步地，用作锂离子动力电池正极材料。

上述富锰富锂固溶体材料的改性制备方法，包括如下步骤：

(1)形成前驱物；

(2)陪锂合成固溶体材料；

(3)在材料表面均匀沉积钛酸锂。

进一步地，步骤(1)中通过共沉淀法，形成前驱物Ni0.5Mn1.5(OH)₄。

进一步地，步骤(1)包括如下步骤：

(1-1)按物质的摩尔量比例Ni︰Mn＝1︰3配制镍前驱体和锰前驱体的混合物水溶液；

(1-2)向混合物水溶液中加入碱性溶液pH值调节剂，将pH值控制在10-12；

(1-3)搅拌；

(1-4)离心；

(1-5)纯水清洗得到镍锰前驱体Ni0.5Mn1.5(OH)₄。

进一步地，步骤(2)包括如下步骤：

(2-1)按物质的量比例Li︰Ni︰Mn＝(6.3～6.6)︰1︰3将锂源和镍锰前驱体混料得固体混合物；

(2-2)形成粉体，得到粉体混合物；

(2-3)在含氧气氛下，以1-5℃/min的升温速度加热到500-600℃；

(2-4)保温烧结5-10h，得预处理后的镍锰前驱体。

进一步地，步骤(2)还包括如下步骤：所得的预处理后的镍锰前驱体在含氧气氛下，以0.5-10℃/min的升温速度加热到800-1000℃，煅烧8-24h，自然降温至室温，即得到0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi0.5Mn0.5O₂材料。

进一步地，步骤(3)包括如下步骤：

(3-1)得到的0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2材料分散在适量的乙醇溶液中；

(3-2)加入适量的钛源和锂源Li:Ti＝(0.8：1)；

(3-3)在搅拌的情况下在50-80℃下，蒸干溶剂；

(3-4)收集粉末；

(3-5)以3-10℃/min的升温速度加热到700-800℃；

(3-6)煅烧2-10h；