[发明专利]一种富锂材料、其改性方法及应用

说明书

本发明公开了一种富锂材料、其改性方法及应用，改性方法包括如下步骤，将富锂材料分散到有机硼溶液中，待有机硼与富锂材料充分反应后，将得到的产物煅烧即得；其中，所述有机硼为双(邻苯二酚)二硼酸脂；有机硼溶液中包括氮甲基吡咯烷酮。在表面原位反应和烧结的作用实现表面硼掺杂尖晶石包覆和硼酸根掺杂的双重目的。

技术领域

本发明属于电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种富锂材料、其改性方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂离子电池作为当前主要的储能手段，被应用于众多领域，但是锂离子电池低的能量密度已经严重的制约着它的应用和发展。在锂离子电池的组成材料中，正极材料因其比容量远低于负极材料等因素，成为了制约锂电池能量密度的关键。因此，寻求新的正极材料是解决当前问题的关键。随着研究的深入，高能量密度、低成本及环境友好的富锂锰基正极材料逐渐成为当前研究的热点。

富锂锰基正极材料的高能量密度来自于材料结构中的部分氧参与到氧化还原过程中。这部分氧来源于结构中的Li-O-Li构型，此结构中的氧存在不稳定电子，展示出较高的活性。氧参与到富锂材料的充放电循环过程中，虽然提供了容量，但是同样也造成了一系列的问题，如氧离子的迁移能降低，从O^2-的迁移能大于2.3eV到O^-的迁移能0.9eV造成了氧气的释放，氧气释放和空穴的产生会直接影响过度金属元素的氧化状态，从而造成其化合价的降低，促进过度金属元素的迁移，从而导致相变的发生。此外，析出的氧也会和电解液反应，造成一系列的界面副反应的发生以及电解液的枯竭，这些都将造成富锂材料电压和容量的衰减，阻碍了富锂材料的应用和发展。此外，这些副反应首先发生在富锂材料的表面上，因此，抑制氧的释放同时保护富锂材料的表面能够有效的提升富锂材料的电化学性能。元素掺杂能够有效的通过调整过度金属元素的化合价抑制氧的释出，但是不同的掺杂元素和不同的掺杂方法往往得到不同的掺杂效果。表面包覆能够很好的保护富锂材料的表面，但是表面包覆同样也存在着一系列的问题，如均一的表面包覆很难实现，包覆层和内核材料间的晶格匹配问题、包覆层在循环过程中的脱落和破裂等问题。在众多的包覆材料中，锰基尖晶石材料和富锂材料具有相同的氧排列阵列，使两者具有极高的晶格匹配度，此外尖晶石还具有3维锂离子通道，通过锰基尖晶石包覆富锂材料，能够极大的提升首圈库伦效率、倍率和循环稳定性，因此锰基尖晶石材料是很好的包覆材料。但是Jahn-Taller效应、Mn²⁺的溶解和尖晶石材料的相转变都使的尖晶石材料不稳定。鉴于以上的各种原因，同时得到锰基尖晶石包覆层和元素掺杂，来改性富锂材料非常困难。聚阴离子掺杂的提出为实现这个目标提供了可行性，因为聚阴离子具有多样性和复杂性的特点。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种富锂材料的改性方法，依据双(邻苯二酚)二硼酸脂(BCD)与富锂材料进行表面原位反应，随后进行高温煅烧，得到硼掺杂的尖晶石包覆硼酸根掺杂的富锂材料，同时提高了富锂材料的首圈库伦效率、倍率和循环稳定性。同时本发明制备工艺简单、成本低、环境友好，就有良好的实用价值。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的第一方面，提供一种双(邻苯二酚)二硼酸脂在富锂材料改性中的应用。

通过原位反应的方法，同时实现富锂材料表面层状结构向尖晶石结构转变，同时形成硼掺杂的尖晶石和硼酸根掺杂富锂材料来提升富锂材料的性能。仅通过一步操作，同时实现表面硼掺杂尖晶石的形成和聚阴离子掺杂的双重改性效果。

本发明的第二个方面，提供一种富锂材料的改性方法，所述方法的步骤包括，将富锂材料分散到有机硼溶液中，待有机硼与富锂材料充分反应后，将得到的产物煅烧即得；

其中，所述有机硼为双(邻苯二酚)二硼酸脂；有机硼溶液中包括氮甲基吡咯烷酮。