[发明专利]一种氟化钾掺杂富锂锰基材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氟化钾掺杂富锂锰基材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：制备碳酸钠和氨水构成的沉淀剂溶液，制备过渡金属盐溶液，通过共沉淀法制备过渡金属碳酸盐前驱体，将前驱体配锂再高温煅烧，在配锂的过程中加入氟化钾制备氟化钾掺杂的富锂锰基正极材料。本发明将氟化钾用于锂离子电池正极材料掺杂改性，所用的掺杂方法简单，得到的氟化钾掺杂富锂锰基材料用于锂离子电池正极材料时电化学性能明显改善，在10C(1C＝200mA g^‑1)的电流密度下，具有131.57mAh g^‑1的高比容量，循环1500圈后，容量保持率达到93.37％。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种氟化钾掺杂富锂锰基材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池作为最常规的绿色高能电池，以其高能量密度、高比容量、无记忆效应及对环境友好等优点被广泛用于手机、笔记本电脑和其他便携式设备中。近年来，随着电动汽车的广泛使用，除了对锂离子电池的循环性能和能量密度有着较高的要求之外，对成本也提出了更高的要求。正极材料作为锂离子电池非常重要的组成部分之一深刻影响着锂离子电池的性能、使用寿命和使用成本，因此设计、合成具有高容量、良好的倍率性能、长循环寿命和廉价的锂离子电池正极材料是锂离子电池重要的发展方向之一，如何提升锂离子电池正极材料的性能引起了广泛的关注。

富锂锰基正极材料也称为富锂三元正极材料，由于其极高的容量(超过250mAh g^-1)和能量密度(超过900Wh kg^-1)而引起了人们的极大关注，是最有前途的锂离子电池正极材料之一。但富锂锰基正极材料存在的倍率性能和循环稳定性差等缺点限制了其工业化应用。为了改善富锂锰基正极材料的电化学性能，已经研究了许多改性策略，常见的方法主要有元素掺杂、表面修饰、形态设计等。

离子掺杂是有效改善锂离子正极材料性能的方法，在掺杂研究中，通常选择与被替代元素物理和化学性质相似的阴阳离子进行掺杂。现有的离子掺杂包括阴离子和阳离子两种掺杂方法。常用的阳离子掺杂主要有：K⁺、Na⁺、Rb⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Ti⁴⁺和Nb⁵⁺等，常见的阴离子掺杂主要有：F^-。但现有的共掺杂方法较为复杂，仍存在不足，如文献(Nano Energy 58(2019)786–796)报导用Na⁺和F^-对富锂锰基正极材料做共同改性，用乙酸钠作为钠源，聚偏二氟乙烯(PVDF)作为氟源，阴阳掺杂离子来源不同，消耗较多原材料，制作过程较为复杂，制备的材料在1C(1C＝200mA g^-1)电流密度下放电容量仅有202mAh g^-1，经过一百圈循环以后容量保持率仅为93％，5C的大电流密度下放电比容量仅有130mAh g^-1，仍然不能解决长周期循环稳定性差和倍率性能差的缺点。

发明内容

为了提升富锂锰基正极材料性能和简化现有掺杂技术，本发明首要目的是提供一种氟化钾掺杂富锂锰基材料，用于掺杂的钾离子和氟离子来源于同一化合物氟化钾。

本发明另一目的在于提供上述氟化钾掺杂富锂锰基材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述氟化钾掺杂富锂锰基材料的应用，所述氟化钾掺杂富锂锰基材料在制备锂离子电池正极材料中的应用。