[发明专利]一种磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，属于电化学技术领域。该正极材料包括镍钴锰酸锂和包覆在所述镍钴锰酸锂表面的磷酸锰锂，所述镍钴锰酸锂的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中x+y+z＝1，0.25≤x≤0.6，0.1≤y≤0.4，0.2≤z≤0.5。该材料的制备工艺简单，成本低廉，环境友好，易于工业化生产；本发明制备的磷酸锰锂包覆的镍钴锰酸锂正极材料相对于未包覆的镍钴锰酸锂，尤其显著提高了镍钴锰酸高电压（4.4V）下循环稳定性；同时磷酸锰锂本身作为正极材料具有较高的电压（4.1V），包覆后促进了镍钴锰酸锂材料表面锂离子传导，提高了其倍率性能。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，特别涉及锂离子电池正极材料，进一步涉及一种磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源和环境问题的日益突出，锂离子电池作为一种清洁高效的能源储存与转换媒介，得到了越来越多人的研究与重视。锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑、照相机等便携式移动设备；目前炙手可热的新能源电动汽车主要使用的也是锂离子电池。

当前商品化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及镍钴锰酸锂。其中钴酸锂成本高，且过充电时存在安全隐患；层状锰酸锂结构稳定性差，尖晶石型锰酸锂比容量低，高温下结构稳定性有待提高。磷酸铁锂加工性能差，振实密度低，能量密度低。同上述材料相比，镍钴锰酸锂材料具有成本低、高温性能好、能量密度高及加工性能优良等优点，镍钴锰酸锂综合性能高于上述正极材料。但镍钴锰酸锂的高倍率性能和循环稳定性相对于高市场占率的钴酸锂较差。对镍钴锰酸锂三元材料进行表面修饰是改善其电化学性能的一种行之有效的途径。申请号为201410250912.4采用碳包覆镍钴锰酸锂，包覆后提高了正极材料的倍率性能和循环稳定性。申请号为201310312317.4采用氟磷酸钙对镍钴锰酸锂进行包覆，材料的循环稳定性得到了改善。

开发成本低、易推广的改性镍钴锰酸锂材料，以改善镍钴锰酸锂的循环稳定性和倍率性能，在电化学领域意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，以改善镍钴锰酸锂的循环稳定性和倍率性能。本发明的另一目的在于提供磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料在锂离子二次电池中的应用。本发明制备的磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料，具有循环稳定性和倍率性能优良、制备方法低成本、易于工业化生产等优点。

本发明的技术方案为：

一种磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料，包括镍钴锰酸锂和包覆在所述镍钴锰酸锂表面的磷酸锰锂，所述镍钴锰酸锂的化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中x+y+z＝1，0.25≤x≤0.6，0.1≤y≤0.4，0.2≤z≤0.5。

作为优选方案，所述磷酸锰锂的质量分数为0.5%-1.5%。磷酸锰锂导电性差，包覆量过多会导致镍钴锰酸锂材料导电性能急剧衰减，包覆量过少无法实现磷酸锰锂的均匀包覆，不能有效阻止电解液中的氢氟酸对活性材料表面的腐蚀，进而导致镍钴锰酸锂材料循环稳定性能衰减。在该范围内及避免材料导电性能的衰减同时可有效阻止镍钴锰酸锂材料循环稳定性能衰减。

作为优选，所述磷酸锰锂为无定形态。无定形态的多孔状态有利于进行可逆的电化学反应。

所述磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料在制备锂离子电池中的应用。

所述磷酸锰锂包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，具体步骤为：

1）将络合剂化合物、锂源化合物、锰源化合物、磷源化合物按照摩尔比为1.1-1.5:1.05:1:1，依次溶于水中配制溶液，并用调节pH值为3.7-4.2；