[发明专利]双导电层包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种双导电层包覆的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的结构自内向外为：富锂锰基材料内核、尖晶石锰酸锂包覆层和氮掺杂的石墨化碳包覆层，并且所述尖晶石锰酸锂包覆层和氮掺杂的石墨化碳包覆层之间存在交叠区域，交叠区域的厚度为2-20nm；

所述尖晶石锰酸锂包覆层和氮掺杂的石墨化碳包覆层的质量和占所述富锂锰基正极材料的质量分数为1％-10％；

所述富锂锰基正极材料的化学表达式为xLi[Li_0.33Mn_0.67]O₂·(1-x)LiMO₂@LiMn₂O₄@C，0x1；其中，M至少包括Mn、Ni、Co中的两种元素。

2.根据权利要求1所述的双导电层包覆的富锂锰基正极材料，其特征在于，尖晶石锰酸锂包覆层的厚度为1-40nm，所述氮掺杂的石墨化碳包覆层的厚度为2-70nm，所述尖晶石锰酸锂包覆层和氮掺杂的石墨化碳包覆层的总厚度为3-100nm。

3.根据权利要求1所述的双导电层包覆的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的形状为类球型，粒径大小为4-20um。

4.一种权利要求1-3任一所述的双导电层包覆的富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将第一锂源与M源研磨混合均匀，Li:M＝1.3-1.55，进行三段式烧结后，自然冷却得到富锂锰基材料；其中所述三段式烧结具体为：以升温速率为2-10℃/min升温，升温至第一设定温度时保温2-8小时，再继续升温，至第二设定温度时保温2-10小时，再继续升温，至第三设定温度时保温6-16小时；所述第一设定温度为350-450℃，所述第二设定温度为500-600℃，所述第三设定温度为750-900℃；

将富锂锰基材料分散于水或乙醇或水与乙醇的混合液中，超声处理1-10小时后加入盐酸多巴胺和pH调节剂，调节溶液pH为7-14；再加入可溶性的锰源和第二锂源，搅拌4-72小时，搅拌完成后收集产物，冷冻干燥6-24小时，得到黑色双包覆层前躯体；其中，富锂锰基材料：盐酸多巴胺：锰源：锂源的摩尔比为(10-500)：1：(0.1-1)：(0.05-0.5)；

将所述黑色双包覆层前躯体进行热处理，首先于空气气氛中，100-350℃保温1-6小时，冷却至室温后，在惰性气氛中，400-600℃保温3-8小时，再升温至650-780℃保温1.5-16小时，再次冷却至室温后，再在空气气氛中，100-350℃保温1-6小时，冷却后得到双导电层包覆的富锂锰基正极材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

所述第一锂源、第二锂源分别包括：氢氧化锂、醋酸锂、草酸锂、氧化锂或碳酸锂中的一种或几种；

所述M源具体包括：Mn、Ni、Co中至少两中的醋酸盐、草酸盐、硫酸盐、氧化物、硝酸盐，富锰三元氢氧化物前躯体，或者富锰三元碳酸盐前躯体中的一种或几种；

所述可溶性的锰源具体包括：醋酸锰(Ⅲ)、醋酸锰(Ⅱ)、硫酸锰(Ⅱ)、硝酸锰(Ⅱ)或高锰酸钾(Ⅶ)的一种或几种；

所述pH调节剂具体包括：三羟甲基氨基甲烷、磷酸盐pH缓冲剂或碳酸盐pH缓冲剂的一种或几种。

6.一种锂电池正极，其特征在于，所述锂电池正极包括上述权利要求1-3任一所述的双导电层包覆的富锂锰基正极材料。

7.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括上述权利要求1-3任一所述的双导电层包覆的富锂锰基正极材料，或者，包括上述权利要求6所述的锂电池正极。