[发明专利]一种高性能正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型高性能正极材料，所述新型正极材料为过渡金属氧化物包覆三元材料形成的复合材料，属于三元材料制备技术领域。将二维层状MXene作为过渡金属氧化物前驱体，通过固相研磨，高温煅烧后，直接制备得到过渡金属氧化物均匀包覆的三元材料。本发明可一步制备过渡金属氧化物均匀包覆的三元材料，普适性强，制备过程简单，由该方法制备出的三元材料形貌均一，用于锂离子电池正极材料，循环性能稳定，倍率性能优异。

技术领域

本发明涉及一种由Mxene粉体固相烧结包覆锂离子电池三元正极材料技术，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池自二十世纪九十年代被Sony公司率先实现商业化以来，在能源市场上的比重逐年增加。锂离子电池具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、自放电小、环境友好、寿命长等显著优点，被广泛应用于笔记本电脑、移动电话、照相机、等便携式电子设备。相对于LiCoO2仅能够发挥理论比容量的50％，同时Co金属资源稀缺，并且Co的毒性对人与环境都会造成伤害而言，层状的三元材料体系结合各种过渡金属元素的优点，Co的导电性，Ni的高容量以及Mn的廉价，在三元协同的作用下发挥材料的性能。

目前，三元材料存在的主要问题在于随循环的进行，电压平台不断衰减，同时，高镍三元材料还存在着循环稳定性较差、高温性能欠佳等缺陷。相比而言，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料循环性能较好，但是倍率性能较差。

目前过渡金属氧化物包覆三元正极材料工艺复杂，所涉及的过渡金属来源于许多有毒有害的有机溶液，相对处理困难，而且后续废料容易造成环境污染问题，大大加剧了工艺成本。

具有类石墨烯结构的二维层状过渡金属碳化物MXene是2011年Yury Gogotsi等首先报道(Adv.Mater.，2011，23：4248-4253)的一种新型二维纳米材料，具有良好的导电性、化学稳定性、亲水性和力学性能，在水处理、储氢、电化学储能等领域有潜在应用前景。MXene材料以二元金属碳化物MAX相(组成为Mn+1AXn，M为Ti，V，Cr，Mo，Nb等过渡金属元素，A为Al或Si元素，X为C元素，x＝1，2，3)为原料，采用氢氟酸或者氟化锂与盐酸的混合溶液刻蚀除去位于层间的A元素得到，由于衍生于MAX，又具有类似于石墨烯(Graphene)的独特二维结构，因而被命名为″MXene″。目前，已成功制备出的MXene材料包括Ti3C2、Ti2C、V3C2、V2C、Nb3C2、Nb2C、Cr3C2和Cr2C等。

本发明提供一种由二维层状过渡金属碳化物MXene制备过渡金属氧化物包覆的锂离子电池正极材料LiNixCoyMn 1-x-yO2，的方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种由二维层状过渡金属碳化物一步制备过渡金属氧化物包覆三元材料的新方法，过渡金属氧化物包覆层结构均一，稳定性高。

本发明所采用的技术方案如下：

1)将制备好的二维过渡金属碳化物(MXene)水溶液冻干；

2)称取一定量的NixCoyMn1-x-y(OH)2(1/3≤x≤1；0≤y≤0.5)，与二维过渡金属碳化物混合，并研磨均匀；

3)将步骤2)所得固体粉末进行压片处理，并置于高温炉中煅烧；

4)将煅烧后的样品研磨，过筛。

其中，在步骤1)中的二维过渡金属碳化物MXene优选为Ti3C2、Ti2C、V3C2、V2C、Nb3C2、Nb2C、Cr3C2和Cr2C等中的一种或几种。这些MXene是将二元过渡金属碳化物MAX相(M为对应的过渡金属，A为铝或硅元素，X为碳元素)浸入氢氟酸溶液或HCl和LiF的混合溶液中刻蚀所得到的产物，采用该法制备的MXene在水溶液中具有很好的分散性。