[发明专利]一种核壳结构的动力电池正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种核壳结构的动力电池正极材料及其制备方法和用途，该方法主要是通过喷雾干燥法先合成阴阳离子共掺杂的LiNi_0.5Mn_1.45Zr_0.05O_3.95F_0.05单晶，再用湿法原位包覆的方法在镍锰酸锂单晶上包覆一层具有电化学活性的普鲁士蓝类似物MHCF，形成独特的核壳结构。通过阴阳离子共掺杂改性后的镍锰酸锂正极材料具有高的放电比容量和稳定单晶结构，同时，MHCF的原位包覆层本身具有好的循环稳定性和大的锂离子扩散通道，能有效隔离镍锰酸锂晶体与电解液的直接接触，从而提高复合材料的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于新能源电池领域，具体涉及一种核壳结构的动力电池正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着化石能源的逐渐枯竭以及其燃烧所带来的全球变暖问题，世界各国都公布了禁止燃油车的时间，我国应对这一趋势出台了电动汽车补贴政策，这都使得新能源动力汽车最关键部分的动力电池引起了人们极大的关注。

目前，市场上常用的动力电池是磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池、三元系列电池等，决定它们能否有效提升续航能力的主要因素就是动力电池正极材料的能量密度。

三元正极材料系列是被研究者们普遍看好的高能量密度材料，是目前市面的主流方向，按照过渡金属镍、钴、锰/铝含量主要分为111、523、622、811系列。其中，111和523系列循环稳定性能好，安全性高，但是该系列含钴量较高，使得成本大大增加，而且能量密度不能满足人们现阶段的需求(电芯单体能量密度大于300Wh/Kg)。高镍系列622和811通过增加镍含量，降低钴含量来降低成本，并提高能量密度和放电比容量，但是其使用寿命和安全性却相应降低。因此，目前的研究趋势主要是发展降钴提镍的高镍三元正极和高容量的富锂锰基正极材料以及固态电解质来提高能量密度和安全系数。

尖晶石镍锰酸锂作为一种不含过渡金属钴的二元正极材料，成本大约是三元材料的1/3，具有4.74V的电压平台，147mAh/g的理论比容量，高的能量密度和功率密度，原料来源广泛，制备工艺成熟等优势。然而，尖晶石镍锰酸锂正极材料高达5V的上限截止电压易造成活性材料表面与电解液发生腐蚀作用，从而损失活性物质，而且充电过程产生的Ni⁴⁺具有强氧化性易氧化分解电解液，会进一步加剧电解液分解产气，副反应产物沉积在电极表面，增大了电池的界面阻抗，同时，正极材料因Mn³⁺过多存在，会被电解液溶解。因此，常用表面包覆改性镍锰酸锂电化学性能。

中国专利申请CN 107946551 A公开了一种掺杂镍锰酸锂材料、改性镍锰酸锂正极及其制备方法，其是以阳离子钇掺杂和Li₂SnO₃表面包覆，来提高镍锰酸锂正极材料的结构稳定性和抑制接触界面的副反应，但Li₂SnO₃本身并不具有电化学活性，会降低活性材料的能量密度。

CN 105280912 A公开了一种氧化物包覆锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备方法，通过湿法工艺对镍锰酸锂表面进行包覆，改善了镍锰酸锂材料的循环稳定性能和高温性能，但金属氧化物导电性差，不利于活性材料的电子电导率。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种核壳结构的动力电池尖晶石镍锰酸锂正极材料的制备方法，该方法主要是通过喷雾干燥法先合成阴阳离子共掺杂的LiNi_0.5Mn_1.45Zr_0.05O_3.95F_0.05单晶，再用湿法原位包覆的方法在镍锰酸锂单晶上包覆一层具有电化学活性的普鲁士蓝类似物MHCF，形成独特的核壳结构。