[发明专利]一种改善富锂锰基正极材料电化学性能的方法

说明书

本发明涉及一种改善富锂锰基正极材料电化学性能的方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。本发明采用磷酸二氢锂作为包覆材料对富锂锰基正极材料进行改性，利用磷酸二氢锂在煅烧过程中分解生成的偏磷酸锂与富锂锰基正极材料脱出的氧化锂相结合形成磷酸锂，能够减小表面氧的流失和界面副反应的发生，抑制富锂锰基正极材料的相变，从而有效提高富锂锰基正极材料的首周库伦效率和放电中压，使得富锂锰基正极材料的电化学性能得到明显改善，而且该方法操作简单，制备成本低，易于实现工业化生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种改善富锂锰基正极材料电化学性能的方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

随着便携电子产品和电动汽车的飞速发展，具有高能量密度的锂离子电池成为研究的热点。锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料的能量密度，然而目前市场化应用的正极材料LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiFePO₄等均具有较低的能量密度，因此急需探索具有高能量密度的正极材料。

富锂锰基正极材料因具有高达250mAh·g^-1的放电比容量、高达4.8V的工作电压、成本较低和环境友好等优点，逐渐成为最具有发展前景的正极材料。然而，富锂锰基正极材料在循环过程容易发生层状到尖晶石的相变，进而降低该材料的可逆容量和放电电压。同时，该材料在首周Li₂MnO₃组分的活化过程中容易产生氧气的逸出和锂离子的脱出，从而导致较低的首周库伦效率。这些缺点将严重阻碍富锂锰基正极材料的大规模商业化应用，因此急需研究一种改性方法来提高该材料的电化学性能。

目前，针对富锂锰基正极材料常用的改性方法包括表面预处理、掺杂和包覆。包覆可以在材料的表面形成一层保护层，防止正极材料和电解液的直接接触，减少电极/电解液的界面阻抗，从而有效抑制材料在循环过程中的相变并减少表面氧的流失，有效提高材料的放电中压和首周库伦效率。因此，表面包覆被认为是改善富锂锰基正极材料性能最有效的方法之一。

选用合适的包覆材料对提高富锂锰基正极材料的电化学性能至关重要。研究者有采用硼酸镁(专利申请号：201610367206.7)、磷酸镨(专利申请号：201611068574.8)和氧化铝(专利申请号:201710443835.8)等材料进行包覆，然而却无人采用磷酸二氢锂对富锂锰基材料进行包覆。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种改善富锂锰基正极材料电化学性能的方法，采用磷酸二氢锂作为包覆材料对富锂锰基正极材料进行改性，磷酸二氢锂在煅烧过程中分解生成的偏磷酸锂能和富锂锰基正极材料脱出的氧化锂相结合形成磷酸锂，能够减小表面氧的流失和界面副反应的发生，抑制材料的相变，从而有效提高材料的首周库伦效率和放电中压，使材料的电化学性能得到明显改善。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种改善富锂锰基正极材料电化学性能的方法，所述方法是先在富锂锰基正极材料表面包覆一层磷酸二氢锂，再在250℃～550℃下煅烧3h～6h；

其中，富锂锰基正极材料的化学式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，M为过渡金属Ni、Co和Mn中的至少一种，0＜x＜1；磷酸二氢锂的质量为富锂锰基正极材料质量的2％～6％。

在富锂锰基正极材料表面包覆磷酸二氢锂的具体步骤如下：

(1)先将磷酸二氢锂溶于水中，再将磷酸二氢锂的水溶液滴加到无水乙醇中，混合均匀，得到磷酸二氢锂溶液；

进一步地，水与无水乙醇的体积为1:2，磷酸二氢锂在磷酸二氢锂溶液中的浓度为0.6mg/mL～2mg/mL；