[发明专利]金属氧化物/碳复合单层包覆锰系正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单层金属氧化物/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料制备方法，其采用简单的络合法将金属无机盐和络合剂反应生成金属络合物包覆在锰系锂离子电池正极材料颗粒的表面，在惰性气氛条件下经高温烧结后得到在单层金属单质/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料；再协助氧等离子溅射方法，在氧气气氛条件下将金属单质氧化为金属氧化物，制备得到单层金属氧化物/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料。该复合包覆层在材料颗粒表面分散均匀，厚度均一，起到了较好的包覆效果。该方法制备所得的锰系锂离子电池正极材料具有高的电导率和循环性能。

【技术领域】

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种单层金属氧化物/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料及其制备方法。

【背景技术】

新能源汽车的发展越来越趋向于纯电动汽车。电动汽车的快速发展带动了动力电池的发展。目前新能源汽车动力电池仍然是以锂离子电池为主，正极材料的性能直接影响了电池的性能，其成本也的高低也直接决定了锂离子电池成本的高低。所以，正极材料是锂离子电池的核心。锰系锂离子电池正极材料因具有安全性能好、价格低廉、环境友好、工作电压高(vs Li⁺/Li 4.0V以上)、循环寿命长等诸多优点，而成为目前应用较为广泛的一类锂离子电池正极材料。然而，锰系锂离子电池材料同样也存在一些缺陷：1)电子电导率和离子迁移率低，如LiMnPO₄的电子电导率和离子迁移率低分别约为10^-12S/cm和10^-15cm²/s；2)材料充放电过程中发生Mn的溶解，这是限制锰系正极材料发展的主要原因。目前，应用于锰系锂离子电池正极材料改性的方法主要有：纳米化、体相掺杂和表面包覆等。其中，随着设备的发展，在制备材料过程中，材料纳米化程度基本可以实现。体相掺杂，如在磷酸锰锂中掺入铁能有效替换磷酸锰锂材料中锰的位置，能在一定程度上提高其电导率，但是离子的掺杂可能会使材料结构发生变化，可能会导致结构坍塌；且需要考虑掺入离子的半径与材料中原有金属离子的半径是否一致或相近。而金属氧化物的包覆能有效阻止电解液与锰系锂离子电池正极材料的直接接触，抑制锰的溶解和Jahn-Teller效应；碳的包覆有利于提高锰系锂离子电池正极材料的电导率，从而达到提高材料电化学性能的目的。目前，用于锰系锂离子电池正极材料表面包覆的材料主要有金属氧化物、碳材料、磷酸盐、氟化物等等。研究发现，氧化物和导电材料复合包覆活性材料，有利于达到提到材料电导率和抑制锰溶解的双重目的，所以，有研究工作者在正极材料表面包覆两种或两种以上复合材料，首先包覆一层金属氧化物，然后再继续包覆一层碳。但这种双层的包覆结构，会使基体材料与金属氧化物包覆和金属氧化物与碳层之间的极化作用增大，不利于金属氧化物和碳协同保护锰系正极材料的作用。因此，如何充分发挥金属氧化物和碳的协同作用，以提高锰系锂离子电池正极材料的电导率并抑制材料中锰溶解就成为一种客观需求。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种电导率高且循环性能好的单层金属氧化物/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料制备方法。

本发明还提供了一种由单层金属氧化物/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料制备方法制备的单层金属氧化物/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种单层金属氧化物/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料制备方法，该方法包括如下步骤：

a、将金属无机盐、络合剂加入去离子水中，搅拌均匀，使金属离子完全络合，得到混合液A；

b、向混合液A中加入分散剂，搅拌均匀后得到混合物B；

c、向混合物B中加入锰系锂离子正极材料，经搅拌、干燥后，在惰性气体保护下升温至350～650℃处理2～5小时，得到金属单质/碳复合包覆锰系锂离子电池正极材料C；