[发明专利]一种富锂锰基正极材料的表面修饰方法

说明书

本发明公开了一种富锂锰基正极材料的表面修饰方法，包括将富锂锰基正极材料溶液与过硫酸钠溶液充分混合并搅拌，所述过硫酸钠的质量为富锂锰基正极材料的18～23％；蒸干混合液，将固体粉末在空气气氛下于400～480℃煅烧。将固体粉末充分分散于硝酸钙溶液中，滴加氟化铵溶液，蒸干并在氮气气氛下400～500℃煅烧。本发明的技术方案工艺简单，重现性好，对富锂锰基正极材料的表面修饰均匀且可控。

技术领域

本发明属于材料设计领域，涉及一种材料上覆层的制造方法，尤其涉及一种富锂锰基正极材料的表面修饰方法。

背景技术

从移动电子设备到电动车动力源，锂离子电池正得到越来越广泛的应用，而锂离子电池性能的改善主要取决于嵌脱锂电极材料的性能。目前，商用锂离子电池广泛采用层状LiMO₂和尖晶石LiM₂O₄结构的化合物(M＝Co、Ni、Mn等过渡金属离子)及其改性材料，然而这类正极材料容量较低，极大地限制了锂离子电池的能量密度和功率密度。

近些年来，富锂锰基正极材料以其较大的容量受到了研究者的青睐。富锂锰基正极材料主要是由传统层状正极材料Li₂MO₃与层状类材料Li₂MnO₂形成的固溶体。在1997年最早由Numata等率先报道了层状Li₂MO₃·LiCoO₂固溶体材料，同时提出了利用Li₂XO₃·LiYO₂固溶体的概念来进行新型正极材料的设计。研究发现当充电电压提升至4.8V以上时，材料的首次放电比容量高达280mAh/g。实验表明该种材料的这种超乎寻常的超高比容量是由于其新颖的放电机制造成的，并且证实了再后续的电化学反应过程中Mn也参与了反应。先存在的制备方法主要有利用共沉淀法、溶胶-凝胶法、高温固相法等。

富锂锰基正极材料可以看成传统层状正极材料LiMO₂与Li₂MnO₃的复合材料，其中的Li₂MnO₃相不但起到了稳定结构的作用还可以在高电位下发生电化学活化，生成Li₂O和电化学活性的LiMnO₂结构，从而大大提高材料的容量。然而这个首圈充电中发生的电化学过程会产生大量的不可逆容量，使富锂锰基正极材料的首圈库伦效率降低。同时由于电化学活化过程中晶格中的氧原子脱出引发相变，富锂锰基正极材料在电化学循环过程中会经历逐步的电压下降和应力变化，材料表面产生裂缝和无序化的类尖晶石结构，大大影响其循环稳定性和倍率性能，并导致电池能量密度的逐渐衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种富锂锰基正极材料的表面修饰方法，，以解决富锂锰基正极材料首圈效率较低、循环稳定性和倍率性能较差、循环过程中存在明显的电压降等诸多问题。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一种富锂锰基正极材料的表面修饰方法，所述富锂锰基正极材料为Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂，包括以下步骤：

步骤1，将富锂锰基正极材料溶液与过硫酸钠溶液充分混合并搅拌，所述过硫酸钠的质量为富锂锰基正极材料的18～23％；蒸干混合液，将固体粉末在空气气氛下于400～480℃煅烧。

优选的，还包括：

步骤2，将固体粉末充分分散于硝酸钙溶液中，滴加氟化铵溶液，蒸干并在氮气气氛下400～500℃煅烧。

优选的，所述步骤1中的富锂锰基正极材料溶液为富锂锰基正极材料的水溶液或乙醇溶液。