[发明专利]经表面包覆的镍锰酸锂颗粒及其制造方法

说明书

本发明涉及经表面包覆的镍锰酸锂颗粒及其制造方法。所述镍锰酸锂是化学式为LiNi_0.5Mn_1.5O₄的尖晶石型镍锰酸锂，所述镍锰酸锂颗粒的至少一部分表面包覆有化学式为LiV_1‑xM_xOPO₄的磷酸氧钒锂，其中，0≤x≤0.9，M为选自Y、Ca、Ce、K、Si、Mo、W、Mn、Fe、B、Mg、Al、Na、Zr、Ti的一种或多种的掺杂金属。由于镍锰酸锂表面包覆有磷酸氧钒锂，可以防止如上所述的镍锰酸锂与电解液的直接接触，缓解Mn³⁺歧化反应和Mn⁴⁺的氧化作用，能够缓解电芯胀气问题，提高电池容量和首次库伦效率。

技术领域

本发明涉锂离子电池领域，特别是涉及经表面包覆的镍锰酸锂颗粒、及其制造方法。

背景技术

近年来，随着纯电动汽车和混合电动汽车的迅速发展，开发高能量、长寿命、低成本的化学电源显得尤为紧迫，锂离子电池以其能量密度高、功率密度高、工作电压高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长、无污染等独特优势在化学电源领域脱颖而出。在锂离子电池正极材料中，尖晶石型镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)具有电压平台高、倍率性能良好、能量密度高和成本低等优点，被认为是最具前途和吸引力的锂离子电池正极材料之一。与钴酸锂和镍钴锰三元材料相比，镍锰酸锂具有电压高、成本低、环境友好等优点。与锰酸锂相比，镍锰酸锂高温循环稳定有很大的改善。与磷酸铁锂相比，镍锰酸锂能量密度更高、生产的批次稳定性好。因此，镍锰酸锂被认为是未来大型动力电池首选的正极材料。

但因镍锰酸锂材料具有高电压平台，在与电解液接触时，镍锰酸锂中的Mn³⁺会发生歧化反应，并迁移至负极表面催化SEI膜(固体电解质界面膜，solid electrolyteinterface)的再生成，Mn⁴⁺会氧化电解液从而造成电解液分解，SEI膜的再生成和电解液的分解最终都会导致电芯产气膨胀，影响电极的界面性能。

发明内容

本发明的一方面提供一种经表面包覆的镍锰酸锂颗粒，其特征在于，所述镍锰酸锂是化学式为LiNi_0.5Mn_1.5O₄的尖晶石型镍锰酸锂，所述镍锰酸锂颗粒的至少一部分表面包覆有化学式为LiV_1-xM_xOPO₄的磷酸氧钒锂，其中，0≤x≤0.9，M为选自Y、Ca、Ce、K、Si、Mo、W、Mn、Fe、B、Mg、Al、Na、Zr、Ti的一种或多种的掺杂金属。

本发明的经表面包覆的镍锰酸锂颗粒可以用作锂离子电池正极活性材料。当作为电池正极活性材料时，所述镍锰酸锂颗粒至少能够实现以下作用之一：

由于镍锰酸锂表面被磷酸氧钒锂包覆，因此能够防止或减少镍锰酸锂活性物质与电解液的直接接触，缓解镍锰酸锂中的Mn³⁺歧化反应和Mn⁴⁺的氧化作用，缓解镍锰酸锂电芯产气问题。

另外，由于包覆的磷酸氧钒锂也可以阻止镍锰酸锂中Mn³⁺的歧化反应，防止负极表面SEI膜的再生成，可有效减少电芯中活性锂的损失。

另一方面，因磷酸氧钒锂存在锂离子传输通道，磷酸氧钒锂包覆层的存在相应减小了固相中的锂离子扩散电阻，阻止了镍锰酸锂与电解液的副反应，能有效增加正极材料的克容量和首次库伦效率。

本发明的另一方面提供制备经表面包覆的镍锰酸锂颗粒的方法，包括以下步骤：