[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

说明书

本发明涉及一种双导电层包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。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。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种双导电层包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的进步，人们对储能器件的功率密度和能量密度有了更高要求。尤其当下锂离子电池(LIBs)大规模应用于电动汽车(EVs)和智能电网，高能量和功率密度的锂离子电池显得是尤为重要。由于正极材料占锂电池总成本接近半数，而且其性能也直接影响锂电池各项性能指标高性能，目前优异电化学性能正极材料的缺乏已成为先进锂离子电池商业化发展的技术瓶颈。

富锂锰基正极材料由于高比容量(250mAh·g-1)、高工作电压(4.5V)和低成本，而极具商用价值。但是由于体系本征传输特性的制约，以及材料本身在高电位下表面脆性，使其易受到电解液的侵蚀以及产生Mn³⁺的溶解的问题。因此，在长循环寿命的条件下，同时实现高功率和高容量并不容易的，这也极大的阻碍了富锂锰基正极材料的商业应用。

通过表面修饰来改善富锂材料的倍率性能和循环稳定性已经被证实是一个有效手段。当前已有许多报道在富锂材料表面包覆各种氧化物和磷酸盐来稳定材料的表面结构，防止电解液的侵蚀。然而，对于提升富锂材料的倍率性能仍然是一个挑战。

CN111653736A公开了一种双包覆层正极复合材料的制备方法。该方法利用Mn₇C₃(一定温度下MnO₂在CH₄混合气体中，反应生产Mn₇C₃)可催化生长石墨烯的原理，在正极材料表面得到了MnO₂和石墨烯的双包覆层，提高了正极材料的首周循环效率、倍率及循环性能。但是MnO₂不能持续的提供容量，循环损失较快，且离子电导率不高，所以这将不利于循环容量保持，并不是一个较优的包覆策略。

如果能够设计一种材料结构同时能够提高倍率性能和循环稳定性，将对发展高性能锂离子电池技术具有重要意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种双导电层包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，通过双导电层包覆结构的富锂锰基正极材料，实现材料在长循环寿命的条件下的高倍率性能和循环稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种双导电层包覆的富锂锰基正极材料，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。