本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，涉及一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料及制備方法。

背景技術(shù)：

新能源行業(yè)是目前全球改善能源短缺及環(huán)境保護(hù)的一個重要發(fā)展方向。鋰離子電池由于具有高的工作電壓，且無記憶效應(yīng)、自放電小、能量密度大和循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注。目前鋰離子電池主要朝高能量密度、低生產(chǎn)成本、高安全方向發(fā)展。

錳是在地殼中廣泛分布的元素之一，因此原材料成本相對較低。目前錳基材料是鋰離子電池正極材料重要發(fā)展方向。尖晶石錳酸鋰以及元素?fù)诫s特別是鎳摻雜的鎳錳酸鋰因具有較高的電壓平臺，且價格低、容量高、環(huán)境友好，至今一直受到國內(nèi)外很多學(xué)者及研究人員的極大關(guān)注。三元鎳鈷錳材料具有熱穩(wěn)定性好、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前行業(yè)內(nèi)追求高能量密度的主要發(fā)展方向。但錳基正極材料在循環(huán)過程中，會發(fā)生金屬元素溶解，尤其是Mn離子易溶出并在負(fù)極表面沉積，從而阻止了鋰離子的快速擴(kuò)散，并導(dǎo)致電池在循環(huán)過程中容量衰減。

為了減少錳溶出，減小正極材料和電解液接觸面積，抑制電解液對正極材料的侵蝕，降低電解液與活性材料界面電阻，對正極材料進(jìn)行表面包覆，可以有效改善電池的循環(huán)性能。近年來，Al₂O₃、ZrO₂、LiAlO₂、TiO₂、AlPO₄等化合物已應(yīng)用于錳基正極材料的包覆，且方法多以金屬醇鹽或烷基金屬鹽為前驅(qū)體，用溶膠凝膠法制備從而得到表面有一層包覆物的正極材料，通常包覆后會影響正極材料的克容量及倍率性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高性能的錳基的鋰離子電池正極材料及制備方法，可以抑制錳離子的溶出，有效的減小了電解液與正極材料的界面膜阻抗，并能顯著改善循環(huán)及倍率性能。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料，所述正極材料為在錳基鋰離子電池正極材料的表面均勻包覆有LiGaO₂。

優(yōu)選地，所述錳基鋰離子電池正極材料為鎳鈷錳酸鋰、富鋰、錳酸鋰以及摻雜的錳酸鋰中的一種。

制備所述一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料的方法，該方法包括如下步驟：

(1)按照LiGaO₂占待包覆錳基鋰離子電池正極材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-3％的量稱取LiNO₃和Ga(NO₃)₃,溶于去離子水中，將待包覆錳基鋰離子電池正極材料粉末分散到該溶液中，在室溫下攪拌,干燥，得到LiGaO₂包覆的錳基鋰離子電池正極材料的前驅(qū)體；

(2)將LiGaO₂包覆的鋰離子電池錳基正極材料的前驅(qū)體在600℃-800℃下熱處理，即得到本發(fā)明所述的高性能的錳基鋰離子電池正極材料。

進(jìn)一步方案，所述步驟(1)中攪拌時間大于0.5h。

進(jìn)一步方案，所述步驟(1)中干燥條件為：80℃-100℃溫度范圍動態(tài)干燥。

進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中熱處理時間大于3h。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明主要是利用一種能夠提供和接收鋰離子以提高正極材料離子傳導(dǎo)率的離子導(dǎo)體LiGaO₂包覆在錳基鋰離子電池正極材料的表面，抑制了錳基活性材料表面鈍化膜的形成，降低了電解液與電極材料的界面電阻，并減少了錳離子的溶出，從而使得鋰離子電池具有更好的循環(huán)性能，并提高了電池的容量和倍率性能。此外，本發(fā)明得到的LiGaO₂包覆的鋰離子電池錳基正極材料制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％LiGaO₂的鎳錳酸鋰正極材料與未包覆的倍率性能對比圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％LiGaO₂的鎳錳酸鋰正極材料與未包覆的循環(huán)性能對比圖。

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明有更深的了解，下面結(jié)合實(shí)施例對技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，但是本方面的實(shí)施例僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在有沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施案例，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％LiGaO₂包覆的鎳錳酸鋰正極材料的制備

稱量0.571g LiNO₃和2.118g Ga(NO₃)₃溶于10mL去離子水，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌直至溶解，將30g LiNi_0.5Mn_1.5O₄基體粉末分散到溶液中，在室溫下攪拌1h，80℃動態(tài)干燥，隨后在700℃下熱處理5h，即得到目標(biāo)高性能LiGaO₂包覆的鎳錳酸鋰鋰離子電池正極材料。將所制備的LiGaO₂包覆的鎳錳酸鋰材料與未包覆鎳錳酸鋰材料裝配成2016型扣式電池進(jìn)行電化學(xué)測試，圖1、圖2分別為兩種材料的倍率及循環(huán)性能對比。其中未包覆的鎳錳酸鋰材料在不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C、3C)下充放電，對應(yīng)的放電比容量分別為129.1、129.3、128.5、127.1、125.5mAh/g。3C循環(huán)200周容量保持率為88％。本專利提供的方法得到LiGaO₂包覆的鎳錳酸鋰材料不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C、3C)下充放電，對應(yīng)的放電比容量分別為133.2、132.8、132.1、131.3、130.3mAh/g。3C循環(huán)200周容量保持率為95％。

實(shí)施例2

質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％LiGaO₂包覆富鋰層狀鋰離子電池正極材料Li_1.2Ni_0.25Mn₀.75O₂的制備

稱量0.127g LiNO₃和0.471g Ga(NO₃)₃溶于10mL去離子水，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌直至完全溶解，將20g Li_1.2Ni_0.25Mn_0.75O₂基體粉末分散到溶液中，用磁力攪拌器在室溫下攪拌1.5h，90℃動態(tài)干燥，隨后在650℃下熱處理6h，即得到目標(biāo)LiGaO₂包覆的富鋰鋰離子電池正極材料。將所制備的LiGaO₂包覆的富鋰層狀材料裝配成2016型扣式電池進(jìn)行電化學(xué)測試，得到不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C)下充放電，對應(yīng)的放電比容量分別為256.4、243.2、235.4、229.1mAh/g。1C循環(huán)200周容量保持率為79％。

實(shí)施例3

質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5％LiGaO₂包覆三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的制備

稱量0.095g LiNO₃和0.353g Ga(NO₃)₃溶于10mL去離子水，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌直至完全溶解，將30g LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂基體粉末分散到溶液中，用磁力攪拌器在室溫下攪拌2h，100℃下動態(tài)干燥，隨后在650℃下熱處理4h，即得到目標(biāo)LiGaO₂包覆的三元鋰離子電池正極材料。將所制備的LiGaO₂包覆的三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂裝配成2016型扣式電池進(jìn)行電化學(xué)測試，得到的LiGaO₂包覆的三元材料在不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C、3C)下充放電，對應(yīng)的放電比容量分別為162.1、155.3、143.1、141.3、135.7mAh/g。3C循環(huán)100周容量保持率95％。

以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。