[发明专利]一种尖晶石镍锰酸锂正极材料的改性方法

说明书

一种尖晶石镍锰酸锂正极材料的改性方法，属于锂离子电池正极材料生产技术领域。将尖晶石镍锰酸锂正极材料置于酸蒸汽中进行熏蒸，再将熏蒸后的尖晶石镍锰酸锂正极材料以去离子水洗涤后烘干、煅烧，取得改性的尖晶石镍锰酸锂正极材料。本发明采用酸蒸汽构成酸性氛围对尖晶石镍锰酸锂正极材料进行酸处理，相比于酸浸处理会温和很多，可以有效避免酸溶液对材料表面的损害，在改善其首次不可逆容量的同时，提升改性后材料的循环性能，从而更好地提高尖晶石镍锰酸锂正极材料的性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料生产技术领域。

背景技术

锂离子电池作为一种高效的储能设备可以将这些电能转化成化学能以备各个领域所使用。近年来，基于新能源电动汽车领域对更高规格储能设备的需求，锂离子电池向高比能量、高功率密度、高安全性、长循环寿命、低成本等方向的开发日趋迫切。其中正极材料的性能将直接影响电池的充放电容量、循环性能、倍率性能和高温热稳定性。而尖晶石镍锰酸锂正极材料拥有很高的放电平台，具有较高的能量密度迅速成为能源和材料领域的研究焦点。

尖晶石镍锰酸锂正极材料由于其成本低廉、安全性好以及能量密度高等特点，被认为是突破目前锂离子电池应用瓶颈有希望的正极材料之一。但尖晶石镍锰酸锂正极材料自身也存在一些比较严重的问题，如循环性能较差，电压衰减过快，首次不可逆容量过高等，严重阻碍了其商业化应用的进程。

发明内容

针对尖晶石镍锰酸锂正极材料存在的以上问题，本发明提出一种酸蒸汽处理的尖晶石镍锰酸锂正极材料的改性方法。

本发明技术方案是：将尖晶石镍锰酸锂正极材料置于酸蒸汽中进行熏蒸，再将熏蒸后的尖晶石镍锰酸锂正极材料以去离子水洗涤后烘干、煅烧，取得改性的尖晶石镍锰酸锂正极材料；所述尖晶石镍锰酸锂正极材料的结构式为：LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

本发明通过酸蒸汽进行熏蒸的酸处理时具有两个重要过程，首先H⁺/Li⁺的交换反应，提升了材料的氧化还原能力，加速锂通道的形成；其次，可以滤去尖晶石镍锰酸锂正极材料Li₂MnO₃组分中的Li₂O，形成MnO₂，而MnO₂在放电过程可以嵌锂，增加了Li的嵌入量，从而提升材料的性能。

已有研究的酸处理是对材料进行酸浸，而酸浸会对材料的表面构成一定程度的腐蚀，虽然可以降低容量的损失，但对其循环性能有不利影响。

而本发明通过简单的工艺流程，采用酸蒸汽构成酸性氛围对尖晶石镍锰酸锂正极材料进行酸处理，相比于酸浸处理会温和很多，可以有效避免酸溶液对材料表面的损害，在改善其首次不可逆容量的同时，提升改性后材料的循环性能，从而更好地提高尖晶石镍锰酸锂正极材料的性能。

进一步地，本发明所述酸蒸汽的浓度为1～2mol/L。

所述酸为盐酸、硝酸、草酸或醋酸中的至少任意一种。

酸蒸汽处理主要通过酸性氛围对材料进行表面处理，其主要通过酸性气氛中的H⁺与材料表面Li⁺进行H⁺/Li⁺交换反应，使得尖晶石镍锰酸锂正极材料表面残存的Li₂O被清除，抑制了电极与电解质之间的副反应，从而提升材料的电化学性能。在1～5mol/L的浓度范围内，可以的到适当的酸蒸汽气氛对材料进行表面处理。

所述熏蒸的时间为5～24小时。酸蒸汽处理的方式较为温和，需要使尖晶石镍锰酸锂正极材料在酸气氛中处理足够的时间来进行H⁺/Li⁺交换反应，在此时间范围内反应较为充分。