[发明专利]一种锂离子导体包覆富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子导体包覆富锂锰基正极材料的制备方法，它是将碳酸盐前驱体和碳酸锂按1：1.02~1.5的摩尔比分散在无水乙醇中，搅拌混合均匀、干燥后得到粉末，将得到的粉末置于马弗炉中，经历两次保温得到富锂锰基正极材料；将硝酸氧锆和硝酸锂溶解在40~80mL的无水乙醇中，加入尿素后搅拌至完全溶解，再加入富锂锰基正极材料，继续搅拌至均匀，将得到的混合溶液密封在聚四氟乙烯中并于烘箱内加热120~150℃，保持15~20小时，降至室温后真空抽滤、洗涤，再80℃干燥12小时，收集材料粉末放入马弗炉中，加热至500℃，保温3~6小时，随炉冷却降至室温，得到锆酸锂包覆富锂锰正极材料。

技术领域

本发明属于储能材料设计技术领域，具体涉及一种锂离子导体包覆富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

目前已商业化的正极材料容量较低，满足不了新能源电动汽车的要求，开发高性能的正极材料是提升锂离子电池性能和推进新能源电动汽车发展的关键。层状富锂锰基氧化物容量高（＞250mAh/g），成本低廉且安全性好，被视为下一代动力电池的主要材料。但是这类高性能的材料要实现商业应用还存在许多困难：首次不可逆容量大，循环稳定性和高倍率性能差等。因此，针对富锂锰基正极材料的特点和不足，科研工作者进行了一系列改性工作。表面包覆可以在首次充电过程中保护氧空位，提高首次放电容量；有效抑制材料表面和电解液副反应，减少锂离子消耗和过渡金属离子溶解，提高其循环性能。其中锂离子导体材料Li₂ZrO₃包覆不仅可以缓解活性电极材料被电解液腐蚀，还自主构建了锂离子通道，加速电极界面电荷交换，提高电极材料的电化学性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种锂离子导体包覆富锂锰基正极材料的制备方法，能够形成厚度均匀的包覆层，从而改善锂离子电池循环性能和倍率性能，并且抑制其电压衰减。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种锂离子导体包覆富锂锰基正极材料的制备方法，按照以下步骤制备：

（1）制备富锂锰基正极材料：

将碳酸盐前驱体和碳酸锂按1：1.02~1.5的摩尔比分散在无水乙醇中，无水乙醇的添加量没过上述物质即可，搅拌混合均匀、干燥后得到粉末，将得到的粉末置于马弗炉中，在450℃下保温6~12小时，降至室温，再在850℃保温12~24小时，自然冷却至室温，得到富锂锰基正极材料；

（2）制备锆酸锂包覆富锂锰基正极材料：

将硝酸氧锆和硝酸锂溶解在40~80mL的无水乙醇中，硝酸氧锆和硝酸锂的摩尔比为2:1，加入尿素后搅拌至完全溶解，硝酸氧锆与尿素的质量比1:2~2.5，再加入步骤1制备的富锂锰基正极材料，继续搅拌至均匀，将得到的混合溶液密封在聚四氟乙烯中并于烘箱内加热至120~150℃，保持15~20小时，降至室温后真空抽滤、洗涤得到粉末，将滤膜上粉末在烘箱中80℃干燥12小时，收集材料粉末放入马弗炉中，以3~5℃/min的升温速率，加热至500℃，保温3~6小时，随炉冷却降至室温，得到锆酸锂包覆富锂锰正极材料。

本发明所采用技术方案的特点还在于，

步骤（1）中碳酸盐前驱体为Mn_0.667Ni_0.166Co_0.166CO₃。

步骤（1）中搅拌时间为3h，然后将溶液在80℃下干燥5小时。

步骤（1）中以3~5℃/min的升温速率升温至450℃，以3~5℃/min的升温速率升高至850℃。

步骤（2）中加入尿素后的搅拌时间为2小时，加入富锂锰基正极材料后搅拌时间为1小时。

步骤（2）中降至室温后真空抽滤，用洗涤采用无水乙醇洗涤3~5次。