[发明专利]一种片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法

说明书

一种片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法，属于锂离子电池电极材料制备领域。本发明制备的富锂锰基正极材料前驱体为片层状物包覆的球形结构。基于两个不同阶段的液‑液共沉淀方法，通过控制两个阶段的不同工艺条件，制备出片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体。采用该片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体制备的正极材料电化学性能优异，尤其循环稳定性明显提高。本发明工艺简化，生产成本低，可以规模化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备领域，具体涉及一种片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池已占据了电动汽车的主流市场，电动汽车的快速发展对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求，下一代锂离子动力电池的能量密度要求达到了300 Wh/kg。电池的能量密度主要取决于电极材料的能量密度，能量密度的提高要求电极材料应具备高容量密度，因此实现这一目标必然要求电极材料的容量密度相应有大幅度的提高。

富锂锰基正极材料具有很高的放电比容量(250mAh/g)，且由于材料中使用了大量的Mn 元素，不仅价格低，而且安全性好，对环境友好。富锂锰基正极材料因其具有以上特点，近年来受到广泛的关注，是有潜力的下一代锂离子电池用正极材料。

然而，富锂锰基正极材料存在循环寿命低、倍率性能差和工作电压衰减等问题，限制了其商业化应用。若要充分发挥富锂锰正极材料的性能，提高材料的循环稳定性和倍率性能，仍需要通过特殊工艺处理，制备具有一定特殊形貌的正极材料前驱体，如制备片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体。

要制备片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体，最有效的方法是利用共沉淀方法，前期通过工艺条件的控制先制备出球形富锂锰基正极材料前驱体，后期改变工艺条件，制备出片状层状物沉淀，使其均匀包覆于球形前驱体表面。

共沉淀法是一种适用于大批量制备锂离子电池正极材料前驱体的方法，前驱体制备是将过渡金属盐混合，加入沉淀剂，调控温度、pH值和搅拌速度等使过渡金属离子与沉淀剂反应生成不溶性沉淀，经过滤、洗涤、干燥等后续处理得目标产物。其制得的粉末材料粒径小、形貌清晰。共沉淀法可使几种过渡金属离子在溶液中充分接触，在沉淀剂和络合剂的共同作用下过渡金属离子成核生长，能达到原子级水平的均匀分布。搅拌作用下，使样品的形貌易于形成规则球形，粒径分布均匀，从而保证最终的产物电化学性能稳定。

相关技术中，不同研究者所用方法不同。为了解决倍率性能差的问题，专利[CN104852053 B]提出在三元材料前驱体内部添加石墨烯微片，以制造更多的锂离子扩散通道，提高导电率。专利[CN 108862394 A]也提出在电池正极材料表面包覆MnO2，以提高正极材料的稳定性。但是，不提供容量的MnO2导致了整体正极材料的容量损失，且该包覆手段使工艺变得复杂，生产成本提高。因此，在目前的科研和生产中，均需要一种电化学性能好，工艺简化，生产成本低，可以规模化生产的一种片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体的制备方法。

发明内容

为了解决富锂锰基正极材料循环寿命低的问题，本发明提供了一种片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法。一种片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体，是指在制备的球形富锂锰基正极材料前驱体上包覆着一层片层状物结构，且包覆工艺在共沉淀阶段就已经完成，不需要在共沉淀结束后再单独进行包覆。该方法包括的步骤为：金属盐溶液配制、沉淀剂和络合剂的混合溶液配制、共沉淀制备球形前驱体、共沉淀包覆片状层状物结构。利用本发明制备的片状层状物包覆的球形前驱体制备得到的正极材料具有较好的电化学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体的制备方法，首先采用共沉淀的方法获得球形镍钴锰三元共沉淀前驱体，然后调控工艺条件制备片状层状物结构沉淀，包覆于球形前驱体表面，经过过滤、洗涤和干燥等处理获得片层状物包覆的球形富锂锰基正极材料前驱体。具体制备步骤如下：