[发明专利]一种单晶型富锂层状-尖晶石复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种单晶型富锂层状‑尖晶石复合正极材料及其制备方法，所述的复合正极材料经过酸洗、热处理后在表面形成氧化物包覆层，所述的氧化物包覆层的分子式为Li_αNi_βMn_γM_δO_η。本发明所述的一种单晶型富锂层状‑尖晶石复合正极材料的表面薄片状前驱体在焙烧过程中有利于锂离子和掺杂元素离子的渗透，减小反应难度，更容易实现单晶形貌。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，尤其是涉及一种单晶型富锂层状-尖晶石复合正极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源危机与环境问题的日益显现，作为新一代绿色能源的锂离子电池已被广泛应用于我们的日常生活领域。层状富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M＝Mn、Ni、Co、N_i0.5Mn_0.5、Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3等)具有工作电压范围宽、放电比容量高、原材料成本低以及环境友好等优点而备受研究者们的关注。

虽然富锂锰基正极材料具有较高的比容量，但是在实际应用中仍存在诸多问题，如首次效率较低、倍率性能差、循环过程中有明显的电压和容量衰减，这些缺点抑制了其广泛应用。为了提高性能和改善上述缺点，研究者们对体相掺杂、表面包覆和结构形貌等方面做了大量研究工作，其中富锂层状尖晶石复合正极材料x[yLi₂MnO₃·(1-y)LiMO₂]·(1-x)LiNi_0.5Mn_1.5O₄是对常规富锂材料结构组成的一种改性方法，尖晶石部分LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有三维的间隙使锂离子能够快速的嵌入和脱出，因而具有良好的倍率性能。在富锂层状-尖晶石复合正极材料中，层状结构的立方紧密堆积与尖晶石结构是兼容的，因此可以非常容易的制备出该材料，使其同时具有层状结构和尖晶石结构的电化学性能。

目前已报导的有微米级球形和纳米级颗粒的层状-尖晶石材料，其中微米级球形的颗粒在较高压实的情况下很容易被挤压破碎，导致材料内部颗粒裸露、副反应增加和金属离子溶出等现象加剧，另外在循环过程中还会继续出现颗粒的粉化，使电化学性能急剧下降；纳米级的小颗粒本身压实密度偏低，造成体积能量密度有限，而且制造中采用了水热法，生产周期较长，纳米颗粒收得率低。因此需要研究者们持续对富锂层状-尖晶石材料进行制备工艺研究，提高其综合性能，并成功实现材料产业化。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种单晶型富锂层状-尖晶石复合正极材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种单晶型富锂层状-尖晶石复合正极材料，该复合正极材料的分子式为xLi[Li_0.2Ni_0.2-yMn_0.6-yM_2y]O₂·(1-x)Li[Ni_0.5-2.5yMn_1.5-2.5yM_5y]O₄，其中0＜x＜1，0≤y≤0.05，M为Co、Zr、Al、Mg、Ti、Y、B、Sr、Mo、V、La、Ba、Nb、W或Ta中的一种或多种的组合；所述的复合正极材料经过酸洗、热处理后在表面形成氧化物包覆层，所述的氧化物包覆层的分子式为Li_αNi_βMn_γM_δO_η，其中0.5＜α＜1.2，β+γ+δ＝1，2≤η≤2.5。