[发明专利]一种提升富锂三元材料循环稳定性及容量的方法及其材料

说明书

本发明公开了一种提升富锂三元材料循环稳定性及容量的方法及其材料。该方法为：将柠檬酸等含碳有机物溶解于水和醇的混合溶剂中，制得含碳有机物溶液，然后将富锂正极材料加入到上述含碳有机物溶液，置于旋转蒸发仪中蒸发溶剂，得到的固体粉末置于管式炉中，在氨气或者氨气与其它气体的混合气氛中进行热处理，即得到碳包覆和氮化处理的富锂三元正极材料。本发明处理后的富锂正极材料抑制了循环过程中晶格氧的释放，在显著提升富锂三元正极材料放电比容量的同时，极大地改善了其循环稳定性，缓解了电压平台的衰减。且方法不仅适用于富锂正极材料，也可用于其它锂离子电池正极材料的包覆改性。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种提升富锂三元材料循环稳定性及容量的方法及其材料。

背景技术

随着移动通讯设备和电动汽车的快速发展，现存在的电池体系越来越难以满足人们生活生产的需要，而富锂三元正极材料(xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，M＝Ni，Co,，Mn等)因其超高的放电比容量(≥250mAh/g)高的放电电压(3.8V)以及环境友好等优点被认为是未来动力电池理想的正极材料。但由于富锂层状正极材料独特的电化学反应机理，在循环的过程中存在氧流失现象，导致材料中的过渡金属价态持续降低以及材料尖晶石化的不可逆相变，从而恶化正极材料的电化学性能。

中国发明专利申请20181149754.1提出了一步溶剂热法制备高容量富锂三元正极材料的方法，申请人将溶剂热法与喷雾干燥法相结合，制备过程中无废水、废固以及污染性气体排放，是一种绿色的制备工艺。制得的正极材料粒径分布均匀、形貌可调控，极大地提高了富锂正极材料的放电比容量。虽然一步溶剂热法有如上优点，但该方法制备的正极材料，循环稳定性以及倍率性的提高有限，亟待一种新型的改性方法以进一步提升其电化学性能。

Liu等人(Zheng,F.；Deng,Q.；Zhong,W.；Ou,X.；Pan,Q.；Liu,Y.；Xiong,X.；Yang,C.；Chen,Y.；Liu,M.,Fluorine-Doped Carbon Surface Modification of Li-RichLayered Oxide Composite Cathodes for High Performance Lithium-IonBatteries.Acs Sustainable Chemistry&Engineering 2018,6(12),16399-16411.)通过把富锂三元正极材料放入到吐温80和PVDF混合溶液中球磨8h，干燥后在400℃氮气氛围下煅烧1h后得到了氟掺杂碳包覆的富锂正极材料。该改性工艺，通过碳包覆提高了材料的倍率性能，利用氟掺杂的碳材料与正极材料主体间存在强大的电子耦合提高了材料的循环稳定性。虽然上述改性工艺有如上优点，但该工艺不能抑制循环过程中氧的释放，使得材料在循环过程还存在从层状结构到尖晶石结构的不可逆相变。

虽然碳包覆富锂三元正极材料的报道很多，但尚未见到采用碳包覆与氮化同步完成以提升材料循环稳定性的报道。因此探索新型的提升富锂正极材料的稳定性的技术，得到具有优异电化学性能的富锂正极材料对于锂离子电池以及动力电池的发展具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提升富锂三元正极材料放电比容量、循环性能，改善富锂正极材料在循环过程中电压衰减等问题而提出一种提升富锂三元材料循环稳定性及容量的方法及其材料。

本发明技术方案如下。

一种提升富锂三元材料循环稳定性及容量的方法，包括以下步骤：

(1)将含碳有机物溶解于水-醇混合溶剂中，得到含碳有机物溶液；

(2)将富锂正极材料加入含碳有机物溶液中搅拌均匀，然后置于旋转蒸发仪中蒸干溶剂，蒸干后置于真空干燥箱中干燥得到固体粉末；