[发明专利]一种多重改性的富锂无钴单晶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多重改性的富锂无钴单晶材料，其包括掺杂型镍锰酸锂基体及其表面包覆物，掺杂型镍锰酸锂基体的化学通式为Li_xNi_yMn_zN_1‑y‑zO₂，其中：N是Co、Mg元素中的任意一种或几种，1＜x≤1.5，0.9≤y+z≤1；表面包覆物为LiCoPO₄或LiMgPO₄。该材料具有优异的结构稳定性和电化学循环稳定性。还公开了该多重改性的富锂无钴单晶材料的制备方法，对镍锰基前驱体与磷酸盐、锂源、添加剂进行物理混合和后续烧结，通过一步合成同时实现金属离子掺杂和磷酸盐包覆的多重改性；方法简单，易操作，能够显著提升富锂无钴材料的电化学性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种多重改性的富锂无钴单晶材料及其制备方法。

背景技术

富锂锰基层状氧化物材料由于高比容量和独特的混合层状晶体结构成为当下锂离子电池正极材料的一个主要的研究和发展方向。其中，富锂无钴单晶材料由于其成本更低，能量密度更高已经成为富锂锰基材料的研究重点。然而，与高镍无钴材料相似，富锂无钴材料仍然面临电解液的侵蚀、正极与电解液界面膜的形成，从而导致的循环衰减较快、倍率性能较差等问题。

为了解决这些问题，主要采用掺杂，包覆等方法对材料进行改性处理。但是单一的改性方法提升空间有限，不足以满足实际应用的需要。因此，寻求高效，可靠的复合改性方法对富锂无钴正极材料的性能提升意义很大。金属离子掺杂可以有效提升材料的结构稳定性和倍率性能，表面包覆可以有效隔绝与电解液的接触。但是要想同时实现两者的复合改性，寻求合适的改性材料和简单易操作的改性方法是未来推进富锂无钴材料实现性能提升和大规模生产应用的主要难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种多重改性的富锂无钴单晶材料及其制备方法。本发明通过一步法实现金属离子掺杂和磷酸盐包覆，这种复合改性后的富锂无钴单晶材料表现出优异的循环稳定性和倍率性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多重改性的富锂无钴单晶材料，其包括掺杂型镍锰酸锂基体及其表面包覆物，所述掺杂型镍锰酸锂基体的化学通式为Li_xNi_yMn_zN_1-y-zO₂，其中：N是Co、Mg元素中的任意一种或几种，1＜x≤1.5，0.9≤y+z≤1；所述表面包覆物为LiCoPO₄或LiMgPO₄。

优选的，所述表面包覆物的重量为掺杂型镍锰酸锂基体重量的1～10wt％。

基于一个总的发明构思，本发明还提供一种多重改性的富锂无钴单晶材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍盐、锰盐溶解于纯水中得到镍锰混合溶液，搅拌反应，过滤干燥得镍锰基前驱体；

(2)将所述镍锰基前驱体、铵基磷酸盐、锂盐及添加剂分散于有机溶剂中，球磨混合直至有机溶剂挥发完全，真空烘干后，在空气气氛下高温煅烧，得到所述多重改性的富锂无钴单晶材料。

上述的制备方法，优选的，在步骤(1)中，采用氢氧化钠和/或氨水溶液控制所述镍锰混合溶液的pH在8.5-10；所述氢氧化钠浓度为1-6mol/L，所述氨水溶液为4-10mol/L。

优选的，在步骤(1)中，所述镍锰基前驱体为镍锰氢氧化物Ni_pMn_q(OH)₂，其中p+q＝1。

优选的，在步骤(1)中，所述镍盐、锰盐为乙酸盐、硫酸盐、硝酸盐中的任意一种或几种。