[发明专利]一种双包覆富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双包覆富锂锰基正极材料及其制备方法。本发明所述材料内部为富锂锰基正极材料，内包覆为偏磷酸锂，外包覆为硫化的碳层；所述富锂锰基正极材料的化学通式为xLi₂MnO₃·(1‑x)LiMO₂；式中M为Mn、Co、Ni中的至少一种；0.1≤x≤0.9。本发明首先利用液相球磨法在富锂锰基材料表面形成二维单分子偏磷酸锂保护层内包覆，该层具有均匀一致、排列紧密和低缺陷等特点；其次，通过硫化线型长链烷基形成网状烷基层，引入极性官能团提升结构化学吸附性能；最后，利用高温碳化硫化后的网状烷基层形成致密的硫化的碳层外包覆，有效提升材料的导电性能。相比较于单一的固相法包覆，本发明所述双包覆富锂锰基正极材料的厚度及形貌可控，且循环性能和倍率性能显著改善。

技术领域

本发明属于电池材料制备技术领域，具体涉及一种双包覆富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、长寿命、无记忆效应等优点，被认为是最具有潜力的电动汽车用动力电池。然而，动力锂离子电池还处于产业化发展中期，它的性能、成本还无法满足市场的需求。其中关键性能指标是高能量密度和快速充放电能力，提高电池的能量密度主要有两大途径：一是提高材料的工作电压；二是提高材料的比容量，即单位重量或单位体积材料中的电量存储能力。而前者的提高对于电池内部其他组成同样带来更大的挑战，尤其是对电解液提出了更高的要求。目前认为最为有效的途径是来提高电极材料，尤其是正极材料的比容量。至今已成功产业化及商业应用的正极材料包括钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、镍钴锰三元材料(LiNi_1-z-yCo_xMn_yO₂)及磷酸铁锂(LiFePO₄)。然而，这些正极材料的实际获得的比容量一般小于200mAh g^-1，难以满足高能量密度正极材料的要求。因此，要发展更有广阔应用前景的锂离子动力电池，迫切需要研究具有更高比容量、更低成本、更高安全性、和更长寿命的新型正极材料。

在一系列新型正极材料中，富锂锰基正极材料，其组成形式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiTMO₂ (TM=Mn、Co和Ni)。因其放电比容量高达300mAh g^-1以及能量密度大于1000wh kg^-1，高安全性以及较低的成本，受到世界各国科学家的极大关注。虽然富锂材料在提高锂离子电池能量密度上具有其它正极材料无可比拟的优势，但要将其应用于锂离子动力电池，目前认为必须解决以下三大缺点：

第一：首次不可逆容量损失大，也就是首次库仑效率低；

第二：差倍率性能，目前主要认为这与Li₂MnO₃结构中导电性差的组分有关；

第三：循环过程存在着电压降，这来源于充放电过程中过渡金属离子从过渡金属层迁移至锂层位置，导致晶体结构的改变。

针对富锂材料存在的问题，目前已经提出了多种改性方法，主要包括：表面酸处理、特殊性的表面包覆、掺杂改性、以及构建表面氧空位等。但仍存在富锂锰基层状正极材料首圈放电比容量低、倍率性能差、循环性能差的问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种双包覆富锂锰基正极材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种双包覆富锂锰基正极材料，所述材料内部为富锂锰基正极材料，内包覆为偏磷酸锂，外包覆为硫化的碳层；所述富锂锰基正极材料的化学通式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂；式中M为Mn、Co、Ni中的至少一种；0.1≤x≤0.9。