[发明专利]一种改性富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种改性富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法与应用。

背景技术

随着电子信息产品越来越轻便、薄和微型化，同时随着新能源汽车等动力系统电池需求的日益扩大，如今常用的锂离子电池正极材料—钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂以及镍钴锰三元材料所能达到的能量密度越显无法满足实际应用需要。而富锂锰基材料经改性后可实现250mAhg^-1以上的容量，高于上述传统正极材料中的任何一种。

目前，富锂锰基材料在实际应用中面临的主要问题有：(1)电导率低，导致其难以支持大倍率电流充放电，同时也导致低温性能较差；(2)首次不可逆容量大，使其实际可用可逆容量难以充分发挥；(3)循环性能差，远远满足不了实际应用对循环性能的要求。针对这些问题，目前主要通过从合成方法上进行改进，和对材料进行掺杂、包覆等方法进行改性，以达到提高其电导率和降低首次不可逆容量的目的。包覆作为该材料性能改性的一种重要手段，目前有C、Al、Al₂O₃、RuO₂等，但是诸如Al等包覆物，虽然在一定程度上提高了材料的放电容量、循环性能，但是由于该材料是电子导体而非离子导体，所以也降低了其倍率性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的的首要目的在于提供一种改性富锂锰基锂离子电池正极材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的改性富锂锰基锂离子电池正极材料。

本发明的再一目的在于提供上述改性富锂锰基锂离子电池正极材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种改性富锂锰基锂离子电池正极材料的制备方法，包含如下步骤：

(1)将富锂锰基正极材料加入到溶剂中，分散均匀，得到富锂锰基正极材料悬浊液体系；

(2)将可溶性高分子聚合物(HPM)溶于溶剂中，得到可溶性高分子聚合物溶液体系；

(3)将稀土化合物加入到步骤(2)制备得到的可溶性高分子聚合物溶液体系，得到稀土化合物/可溶性高分子聚合物溶液体系；

(4)将步骤(1)制备得到的富锂锰基正极材料悬浊液体系加入步骤(3)制备得到的稀土化合物/可溶性高分子聚合物溶液体系中混合均匀，使稀土物质均匀分散和黏着于富锂锰基正极材料表面、沉淀并实现包覆；然后干燥，得到中间体；

(5)将中间体在400～800℃含氧气氛中煅烧4～24h，得到改性富锂锰基锂离子电池正极材料；

步骤(1)中所述的富锂锰基正极材料通式为Li_xNi_yMn_zM_wO₂，其中1≤x≤4/3，0≤y≤1，2/3≤z≤1，w＝1-y-z，M为Co、Al、Cr、Fe、Ti、V、Mg、Zn、Cu、Mo、Zr中的一种或至少两种；

步骤(1)中所述的富锂锰基正极材料优选为Li_1.2Mn_0.6Ni_0.2O₂；

步骤(1)中所述的溶剂为水、乙醇、甲醇、丙醇和醚类中的一种或至少两种；

步骤(1)中所述的溶剂优选为水；

步骤(1)中所述的分散方式为超声分散或机械搅拌分散；

所述的超声分散的时间为5～120min；

所述的机械搅拌分散的搅拌速度为50～900rpm，搅拌时间为0.5～12h；

步骤(1)中优选将富锂锰基正极材料加入到水中，超声分散为25～45min，得到富锂锰基正极材料悬浊液体系；

步骤(2)中所述的可溶性高分子聚合物(HPM)为聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯比咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酸(PAA)、聚马来酸酐(HPMA)、羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)和羟乙基纤维素(HEC)中的一种或至少两种；

步骤(2)中所述的可溶性高分子聚合物(HPM)优选为聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯比咯烷酮(PVP)；

步骤(2)中所述的溶剂为水、乙醇、甲醇、丙醇和醚类中的一种或至少两种；

步骤(2)中所述的溶剂优选为水；