一种氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114420920A(43)申请公布日2022.04.29(21)申请号202210065248.0(22)申请日2022.01.20(71)申请人北京理工大学重庆创新中心地址401120重庆市渝北区龙兴镇曙光路9号9幢申请人北京理工大学(72)发明人陈来苏岳锋李文博董锦洋赵佳雨郝佳男卢赟李宁曹端云黄擎吴锋(74)专利代理机构成都九鼎天元知识产权代理有限公司51214代理人胡东东(51)Int.Cl.H01M4/505(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图6页(54)发明名称一种氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：A、按照现有方法制备富锂锰基正极材料；B、将氟盐置于溶剂中溶解，然后搅拌加入富锂锰基正极材料，超声分散；C、研磨蒸干后，将得到的粉末转移至马弗炉中煅烧，煅烧温度为250－350℃，煅烧时间为3－4h，煅烧后即得。本发明通过直接对富锂锰基本体材料进行二次处理，得到氟梯度掺杂的改性材料，其不仅可以抑制材料表面释氧，还减少了过渡金属向锂层的迁移，使后续循环过程中正极电压衰减得到改善；同时，F对O的不等价取代可以增加低价过渡金属离子的含量，内部F含量较表面少可以减小反应后期其对阴离子氧化还原的抑制作用，进而贡献更多的容量。CN114420920ACN114420920A权利要求书1/1页1.一种氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、按照现有方法制备富锂锰基正极材料；B、将氟盐置于溶剂中溶解，然后搅拌加入富锂锰基正极材料，超声分散；C、研磨蒸干后，将得到的粉末转移至马弗炉中煅烧，煅烧温度为250‑350℃，煅烧时间为3‑4h，煅烧后即得。2.如权利要求1所述的氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的化学式为xLi2MnO3·(1‑x)LiMO2，其中，M为过渡金属Ni、Mn、Co中的一种或多种，x的取值范围为0＜x＜1。3.如权利要求2所述的氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，制备得到氟掺杂富锂锰基正极材料，氟离子掺杂于颗粒中，并且沿颗粒的外部向颗粒内部呈一定浓度梯度扩散，颗粒外部的氟离子浓度高于颗粒内部的氟离子浓度。4.如权利要求1所述的氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述氟盐选自氟化铵、氟化锂中的一种或两种。5.如权利要求4所述的氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述氟盐为氟化铵，所述溶剂为无水乙醇，氟化铵与富锂锰基正极材料的摩尔比为0.01‑0.05∶1。6.如权利要求1所述的氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，煅烧时，升温速率设置为2‑5℃/min。7.一种氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料由上述权利要求1‑6任一所述的制备方法制备得到。8.一种锂离子电池，包括锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料为权利要求7所述的氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料。2CN114420920A说明书1/6页一种氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种氟离子梯度掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]目前，由于化石能源的储量危机及环境条件的日益恶化，新能源的开发越来越为人们所关注，电动汽车和便携式电子产品的快速发展使锂离子电池成为了研究的热点，但是随着人们需求的增长，需要对锂离子电池进行改性优化。在组成电池的各部分中，正极材料成本高、放电比容量远低于负极，是限制锂离子电池进一步发展的关键因素。富锂锰基正极材料(xLi2MnO3·(1－x)LiMO2，M＝Ni、Mn、Co中的至少一种)具有高容量、低成本、环境友好的优点，有望成为下一代高比能锂离子电池正极材料。但是，富锂锰基层状材料在首周Li2MnO3组分活化过程中会产生氧的不可逆损失，Li和O以Li2O的形式净脱出，Li2O难以再重新嵌入晶格中，从而带来不可逆的容量损失。同时，离子重排造成了层状结构向尖晶石相的结构转变，随着循环的进行离子重排会持续进行，导致电压衰减严重。此外还有倍率性能差等问题，这些问题严重阻碍了富锂锰基正极材料的商业化应用，因此需要对其进行改性提升电化学性能。常用的改性方法有包覆、表面预处理、元素掺杂等，阴离子掺杂可以通过代替氧位后抑制氧的释放损失，降低尖晶石相的产生，从而稳定层状结构，提高富锂材料的循环性能和可逆容量。[0003]中国专利CN106229502A公开了一种硫