[发明专利]一种酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料，所述酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料的化学式为xLisubgt;2/subgt;MnOsubgt;3/subgt;‑(1‑x)Lisubgt;1+y/subgt;TMsubgt;1‑y/subgt;Osubgt;2/subgt;，TM＝Mn、Ni、Co中的至少一种，0.01≤x≤0.5、0.01≤y≤0.5。该酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料的容量较高，循环性能极佳。当电压窗口为2～4.8V，电流密度为200mA/g时，其比容量可达244mAh/g，400次循环后的容量保持率能够高达85％。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于锂离子电池具有电压高，比能量大、循环寿命长、自放电小、安全性能好等优点，已广泛应用于电子产品、交通运输、航空航天和储能装置等领域。目前来说，高容量正极材料是实现高能量密度锂离子电池的关键，而富锂氧化物因为具有高比容量和高能量密度，已经成为最有潜力的下一代锂离子电池候选正极材料。然而，传统的富锂氧化物材料存在首次库伦效率低以及容量和电压衰减快等缺点，严重影响了其商业化应用。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明提供了一种酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料，该酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物不但克服了传统富锂氧化物材料容量衰减快，循环性能较差的缺点，还具有容量高，合成工艺简单，易于控制，重复性好等优点，具有较大的商业化前景。

本发明还提供了上述酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料的制备方法，该方法在酯类有机试剂和惰性氛围提供的无氧有机环境中将富锂氧化物表面引入均匀且密实的酯类有机包覆层，同时在材料表面形成隔绝二氧化碳、氢氟酸的有机保护层。使得新型富锂氧化物的比容量提升、容量稳定性高和循环性能极佳。

为实现上述目的，所采取的技术方案：一种酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料，所述酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料的化学式为xLi₂MnO₃-(1-x)Li_1+yTM_1-yO₂，TM＝Mn、Ni、Co中的至少一种，0.01≤x≤0.5，0.01≤y≤0.5。

本发明提供了上述所述的酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将含有过渡金属的前驱体与酯类有机试剂在惰性氛围下混匀，在100～250℃进行热处理，反应结束后随炉冷却，过滤洗涤制得粉体；

(2)将步骤(1)制得的粉体与锂盐、钠盐和钾盐混匀，在700～1000℃进行热反应，反应结束后随炉冷却，水洗除去杂质，干燥后，制得酯类有机试剂修饰改性富锂氧化物正极材料粉末。

优选地，所述步骤(1)中含有过渡金属的前驱体为过渡金属的碳酸盐或者过渡金属的氢氧化物；优选地，所述过渡金属的碳酸盐为TMCO₃，TM为Mn、Ni、Co中的一种；优选地，所述过渡金属的氢氧化物为TM(OH)₂，TM为Mn、Ni、Co中的至少一种。

优选地，所述步骤(1)中酯类有机试剂为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯中的至少一种。更优选地，所述步骤(1)中酯类有机试剂为碳酸二甲酯。

优选地，所述步骤(2)中锂盐为乙酸锂、碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氯化锂中的至少一种；所述步骤(2)中钠盐为氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种；所述步骤(2)中钾盐为氯化钾、碳酸钾中的至少一种。

优选地，所述步骤(1)中含有过渡金属的前驱体和酯类有机试剂的摩尔比为1：(1～10)。