[发明专利]一种提高富锂正极材料首次库伦效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种提高富锂正极材料首次库伦效率的改性方法。

背景技术

自工业革命以来，人类物质文明得到长足发展，对能源的需求与日俱增。基于化石燃料资源的有限性及其使用带来的环境代价(温室效应、PM2.5等)，迫使人们寻找其他清洁可再生能源，例如水力发电、太阳能发电及风力发电等。然而上述清洁可再生能源受外界因素影响较大(例如，太阳能发电受季节、昼夜以及阴晴等气象状况影响大)，不能连续平稳的发电，如与储能装置(能量储存和调峰等)联合使用可以实现稳定连续地向外提供电力。此外，在能源的使用端(3C产品和电动汽车等)，需要能量储存装置配合使用。而锂离子电池作为一种重要的储能装置得到了全球范围的关注和研究。锂离子电池相对其他传统化学电源(如铅酸电池、镍氢电池等)具有能量密度高、功率密度大、循环寿命长和环境友好等显著特点，从而成为最具发展前景的环保型二次电池。

目前商用负极材料的容量在300～400mAhg^-1左右，在研究阶段的替代材料容量更是高达1000～2000mAhg^-1左右。而商用正极材料实际放电比容量都在200mAhg^-1以下，因此寻找一种更高容量的正极材料迫在眉睫。1999年，Johnson等使用弱酸浸出的方法使部分Li₂O从Li₂MnO₃相中脱出，首次得到以Li₂MnO₃来稳定结构的LiMnO₂(Li_2-xMnO_3-x/2，其中0＜x＜2)。富锂锰基材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn，Co，Ni，Al，etc.)容量高达250～300mAhg^-1，远高于现有商用电池正极材料的容量，同时富锂锰基材料中的锰元素占比较大，进一步降低了材料成本，从而成为高容量锂离子正极材料的研究热点。但是富锂锰基材料具有电子/锂离子传输能力差、循环性能差、电压衰减和锰溶解等问题，尤其是首次库伦效率很低，阻碍了富锂正极材料的商业应用。因此，对富锂锰基材料进行改性研究十分有必要。

采用不同酸性盐溶液或者弱酸对富锂锰基材料进行处理，预先脱去材料中的部分锂以达到降低其首次不可逆容量的目的，但是这种方法容易破坏材料表面结构，同时材料中的Li⁺也会与溶液中的H⁺发生置换反应，导致材料的层状结构坍塌，反而使其循环性能明显变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种制备工艺简单、成本低、应用前景广的提高富锂正极材料首次库伦效率的改性方法，由该改性方法制得的正极材料同时兼备较高的可逆容量及良好的倍率性能等。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种提高富锂正极材料首次库伦效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：配制含有金属离子的溶液；

步骤2：将富锂正极材料分散到所述的含有金属离子的溶液中，去除其中的溶剂以在富锂正极材料的表面包覆一层不含锂或者低锂含量的化合物；

步骤3：将经过不含锂或者低锂含量化合物包覆后的富锂正极材料进行热处理后得到预脱锂改性正极材料。

优选的，所述富锂正极材料具体为Li_1+xNi_aCo_bMn_(1-a-b-x)O₂，其中，0＜x＜1，0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1。

优选的，所述的低锂含量化合物的锂含量低于富锂正极材料的锂含量。

优选的，所述含金属离子的溶液中金属离子种类为一种以上。

优选地，所述的金属离子为铝离子、镁离子、锌离子和锆离子中的至少一种。

优选的，所述含金属离子的溶液的溶剂是水、乙醇或者水和乙醇按一定比例的混合物。

优选的，所述含金属离子的溶液的总金属离子浓度控制在饱和浓度以下。

优选的，所述的“去除其中的溶剂以在富锂正极材料的表面包覆一层不含锂或者低锂含量的化合物”的方法为溶剂蒸发法、溶胶凝胶法、喷雾干燥法或者喷雾热解法。