[发明专利]掺杂纳米氧化物的锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂纳米氧化物的锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池材料制造工艺技术领域。

背景技术

能源与人类社会的生存与发展休戚相关，随着社会的发展，世界能源消耗的总趋势保持快速增长，预计到2020年能源消耗将增加50％-100％。随着电子和信息产业的迅速发展，对化学电源特别是高能二次电池提出了迫切要求。与其它电池相比，锂离子电池具有高的体积能量密度和重量能量密度，加上设计灵活性、长的循环寿命、无记忆效应、低的自放电率、对环境无污染等优点，已经成为当今便携式电子产品的可再充式电源的主要选择对象。

锂离子电池中正极材料的比容量远远低于负极材料，电池的容量最终是由正极材料来决定的，因此研究开发新型正极材料是一项十分紧迫的任务。目前最具有应用价值和开发潜力的正极材料有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。钴酸锂材料具有最好的综合性能，是目前被广泛用于商品锂离子电池的正极材料，考虑到其昂贵的价格及大电流充放电限制，比较适合制成小型锂离子电池。锰酸锂价格低廉，对环境友好，相对于钴酸锂、镍酸锂和磷酸铁锂来说具有更高的安全性，但在充放电循环过程中，容量衰减较快，高温下尤其明显。磷酸铁锂价格低廉、结构稳定、没有毒性、对环境友好，但其导电性较差，不能进行大电流充放电，在一定程度上限制了它的应用。

在锂离子电池的发展过程中，正极材料已经成为制约其大规模推广应用的瓶颈，因而制得性能优越、价格便宜的正极材料是锂离子电池商业化进程中的关键性因素。掺杂和包覆是改善材料电化学性能的有效方法。掺杂可以抑制杂相的生成和相转变、稳定晶体结构，同时还可以提高材料在高脱锂状态下的稳定性能。另外，在材料表面包覆在有机电解液中稳定的氧化物，可以有效阻止正极材料和有机电解液的恶性作用，提高材料的循环稳定性。青岛乾运高科技新材料有限公司的发明专利CN1794498A公开了一种以Co₃O₄、Li₂CO₃、MgO为原料制备掺杂型大晶粒钴酸锂正极材料的方法，制备得到的钴酸锂容量高于145mAh，循环寿命长(＞500次)，安全性能好；北京化工大学的发明专利CN101276913A公开了一种磷酸铁包覆钴酸锂复合电极材料的制备方法，所得的复合电极材料具有良好的电化学循环稳定性及抗过充电性能。中南大学蒋汉灜等对LiMn₂O₄掺杂Co、Cr、Al、Ni等的电化学性能进行了研究，结果表明：掺杂改善了LiMn₂O₄的循环性能，增大了锂离子的扩散系数，但掺杂后材料的初始容量有不同程度的下降。关于磷酸铁锂的掺杂和包覆的研究亦较多，上海电力学院CN101081695A公开了一种铜粉掺杂磷酸铁锂的改性方法，上海微纳科技有限公司CN101159328A公开了一种LiFePO₄/C纳米复合正极材料的制备方法，类似的发明还有北京科技大学CN1775666A，清华大学CN1785800A等。

纳米材料具有小尺寸效应、大比表面效应、光电效应等特性，用纳米材料进行掺杂改性制备电极材料是一项非常有市场前景的技术，该技术能够显著提高电极材料的稳定性能、导电性能及其它电化学性能，最终提高电池的充放电容量、安全性及循环性能等。将纳米技术应用到锂离子电池电极材料的制备中是解决当前电极材料制备中存在的各种问题的有效途径，是一项非常重要而有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于采用纳米技术和纳米效应改善锂离子二次电池的充放电容量、循环性能和稳定性能，提供一种纳米氧化物粉末掺杂的锂离子电池正极复合材料的制备方法。

本发明一种掺杂纳米氧化物的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a.称取一定量的合成锂离子电池正极材料的原料，然后加入该合成材料摩尔分数0.5～1.0mol％的一种或两种纳米氧化物；合成锂离子电池正极材料的原料包括有：(1)、碳酸锂和二氧化锰，两者合成锰酸锂，其质量比碳酸锂∶二氧化锰＝1∶4.5～5.5；(2)、醋酸锂和四氧化三钴，两者合成钴酸锂，其摩尔比醋酸锂∶四氧化三钴＝3.0～4.0∶1；(3)、碳酸锂、草酸亚铁、磷酸二氢铵，三者合成磷酸铁锂，其摩尔比碳酸锂∶草酸亚铁∶磷酸二氢铵＝0.5∶1∶1；上述合成锂盐中加入的纳米氧化物有：氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化铬、氧化镍、氧化硅、氧化锆，选择其中的任一种或两种；