[发明专利]一种基于还原气氛处理的富锂锰基正极材料表面改性方法

说明书

本发明提供了一种基于还原气氛处理的富锂锰基正极材料表面改性方法，其步骤包括：将富锂锰基正极材料放入坩埚，然后置于管式炉中；使用氩氢混合气排尽管式炉内的空气，并使管式炉内外气压平衡；将管式炉升温至100‑400℃，对富锂锰基正极材料热处理2‑6h；待富锂锰基正极材料自然冷却后取出，经洗涤、干燥得到表面改性后的富锂锰基正极材料。本发明提供的一种基于还原气氛处理的富锂锰基正极材料表面改性方法，工艺简单，可操作性强，性能提升明显可靠。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种基于还原气氛处理的富锂锰基正极材料表面改性方法。

背景技术

锂离子电池作为一种可充放二次电池，具有能量和功率密度高、使用寿命长、环境友好等优点，在各类储能领域中占有一席之地，是电化学储能装置的主要研究开发方向之一。随着科技的发展，尤其是电动汽车以及智能便携设备等领域都对电池的综合性能提出了更高的要求，其中能量密度就是关键性指标之一。富锂锰基材料具有比容量大、工作电压高、环境污染小等特点，有望搭配高性能负极实现电池整体能量密度提升，是未来锂离子电池潜在的正极材料之一。然而，富锂锰基材料尚处于实验室研究阶段，电压平台衰减严重等关键性问题严重制约了富锂锰基材料的工业化进展。

富锂锰基正极材料电化学性能与其复杂的晶体结构和反应机理密切相关。据文献报道，材料的电压衰减与表面晶格氧不可逆的释放有关。当富锂锰基材料充电到4.5V以上时，单斜Li₂MnO₃相不可逆激活，晶格氧发生氧化还原，氧气释放的同时还促进了TM离子的还原、迁移，继而引起材料发生尖晶石相变。这个过程往往首先发生在材料表面，随后往体相中扩散，成为材料电压、容量衰减的主要原因之一。因此，在材料表面预先制造氧空位并调控其浓度可以有效减少这种表面氧释放，从而缓解电压、容量衰减，提高电池循环寿命。此外，氧空位作为一种材料本征缺陷有利于电池容量的提升。

目前，已开发了一些富锂锰基正极材料表面改性的方法，但这些方法往往存在以下问题：(1)控制表面涂层均匀性难度较高，部分涂层的结晶度不好。(2)工艺较为复杂，成本高，可操作性和重复性不好。

因此，当前亟需一种工艺简单，可操作性强，性能提升明显可靠的富锂锰基正极材料表面改性方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单，可操作性强，性能提升明显可靠的基于还原气氛处理的富锂锰基正极材料表面改性方法，提高材料表面氧空位含量、缓解电池电压和容量衰减、提升材料电化学性能，缓解现有富锂锰基正极材料容量、电压衰减的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于还原气氛处理的富锂锰基正极材料表面改性方法，包括如下步骤：

将富锂锰基正极材料放入坩埚，然后置于管式炉中；

使用氩氢混合气排尽管式炉内的空气，并使管式炉内外气压平衡；

将管式炉升温至100-400℃，对富锂锰基正极材料热处理2-6h；

待富锂锰基正极材料自然冷却后取出，经洗涤、干燥得到表面改性后的富锂锰基正极材料。

进一步地，所述富锂锰基正极材料的化学式通式为：Li_1+zNi_xCo_yMn_1-x-y-zO_2+δ，其中，0≤x≤0.3，0≤y≤0.2，0≤z≤0.5，0≤δ≤0.4。

进一步地，所述氩氢混合气中氢气的体积分数为1％-20％。

进一步地，所述的使用氩氢混合气排尽管式炉内的空气的方法为在对管式炉抽真空的条件下使用氩氢混合气对管式炉冲洗2-5次，即可将管式炉中的空气排尽。

进一步地，所述对富锂锰基正极材料热处理过程中，要保持管式炉内外气压平衡。