[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池电极材料及其制备方法，特别是一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

LiFeO₂以其丰富的铁资源、低廉的价格、优良的热稳定性和环境友好等特点，被认为是一种很有潜力的锂离子电池正极材料。

USP5863512和JP10233212公开了一种层状LiFeO₂的锂离子电池正极材料及其制备方法。但是这种材料在锂离子电池正极材料的实际应用中被证明是不稳定的，不能支持长期的充放电循环。

J.Power Sources 1997(68)145和J.Power Sources 1997(68)711描述了一种波纹状LiFeO₂的锂离子电池正极材料及其制备方法。但是这种材料的放电容量只有100mAh·g^-1。

J.Am.Chem.Soc.2008(130)3554描述了一种四面体型LiFeO₂的锂离子电池正极材料及其制备方法，该产物具有较高的充放电容量(120mAh·g^-1)并能支持长期的充放电循环，所以具有更高的应用价值。然而该产物极低的电子电导率(大约10^-9S·cm^-1)导致实际充放电容量远低于理论容量。

发明内容

本发明目的是提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，为一种包覆型正极材料。

本发明一种锂离子电池正极材料的组成如下：

为一种包覆型正极材料，即金属纳米粒子包覆LiFeO₂，金属纳米粒子和LiFeO₂的质量比为1:99—1:1，金属纳米粒子为银纳米粒子、铜纳米粒子或铝纳米粒子。

本发明一种锂离子电池正极材料的具体制备方法如下，以下均以质量份表示：

将1份无水碳酸钠和1.5—1.8份三氧化二铁充分混合、研磨、加热至900—1100℃保温12—18小时、粉碎，与1—10份的锂盐在120—160℃下进行6—12小时的回流置换反应，过滤洗涤后置于水溶液中，搅拌下加入0.018—1.8份的高导电金属盐，然后加入0.05—2份的还原剂，继续搅拌1—4小时后进行过滤、洗涤、烘干，得到一种锂离子电池正极材料。

本发明使用的锂盐为氯化锂、硝酸锂、醋酸锂、磷酸锂、碳酸锂或氢氧化锂。

本发明使用的高导电金属盐为硝酸银、硝酸铜或硝酸铝。

本发明使用的还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾、抗坏血酸、甲醛、水合肼、聚合醇或连二亚硫酸钠。

本发明一种锂离子电池正极材料是一种包覆型正极材料，即金属纳米粒子包覆LiFeO₂。LiFeO₂本身具有较低的电子导电率，严重地影响了其电化学动力学，在充放电循环过程中，电子必然伴随着锂离子进行转移，如果材料中电子不能及时的导入和导出，则锂离子的扩散必然被电子的跃迁速率所取代，富集的电子将通过极化效应反过来限制锂离子的插入和脱出而使得材料电化学性能恶化。本发明采用金属纳米粒子包覆LiFeO₂后，提高了正极材料的电子电导率，从而提高了锂离子在正极材料中的传导速率和降低充放电过程中的电化学阻抗，有利于提高充放电容量。

本发明一种锂离子电池正极材料即金属纳米粒子包覆LiFeO₂与金属锂片组装成锂离子电池，以25mA·g^-1的电流充放电，可逆比容量达到155mAh·g^-1，比J.Am.Chem.Soc.2008(130)3554中不包覆金属纳米粒子的LiFeO₂正极材料提高了35mAh·g^-1，且表现出稳定的循环性能。本方法简单易行，可实现清洁的工业化生产。

附图说明

图1是实例1所制备的锂离子电池正极材料的扫描电镜图。

图2是实例1所制备的锂离子电池正极材料的充放电曲线。

具体实施方式

实施例1：

将1.06克无水碳酸钠和1.6克三氧化二铁充分混合、研磨、加热至900℃保温12小时、粉碎，与10克氯化锂在160℃下进行8小时的回流置换反应，过滤洗涤后置于水溶液中，搅拌下加入0.09克的硝酸银，然后加入0.4克的抗坏血酸，继续搅拌2小时后进行过滤、洗涤、烘干，得到一种锂离子电池正极材料。