[发明专利]锂离子电池用硅酸盐正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用正极材料及其制备方法，特别是一种硅酸盐正极材料及其制备方法。

背景技术

能源问题日益凸显和环境问题不断恶化，促使各国政府不断致力于新能源的开发。锂离子电池为最有前景的新能源之一，不仅具有能量密度高、循环寿命长的优势，并且对环境友好，为清洁型能源，特别其可用于动力电池，作汽车以及各种电动工具的动力之源。已应用于动力电池的正极材料，包括层状过渡金属氧化物LiMO₂、橄榄石型磷酸铁锂LiFePO₄和尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄。上述三种材料分别存在不同缺陷：①层状过度金属氧化物耐过充性能差；②橄榄石型磷酸铁锂的电压平台较低、能量密度较小、导电性较差；③尖晶石型锰酸锂高温性能差。用于克服正极材料的主要缺陷的方法一般通过掺杂或者包覆的方法，通过改性可改善材料的固有缺陷如：①通过掺入或包覆不同形式的碳可以提高橄榄石型磷酸铁锂的导电性，体相掺杂镁、铝等元素提高材料的振实密度；②掺杂铝、钴等元素可提高尖晶石型锰酸锂的高温循环性能；③通过包覆氧化铝或氧化钛等金属氧化物可改善层状金属氧化物的过充性能和热稳定性，决定改性，掺杂和包覆效果的主要因素是包覆剂和掺杂剂在基体材料中分散的均匀性。

被认为最有前景的硅酸盐正极材料虽然具有理论容量高、成本低廉、安全的优点。但硅酸盐正极材料同样存在导电性差的问题，难以进行大倍率充放电，从现有的研究成果看，研究者基本上是采用固相的方法在材料的表面掺杂不同形式的碳以提高其材料的导电性，采用固相的方法，改性剂分散的均匀性难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用硅酸盐正极材料及其制备方法，要解决的技术问题是提高硅酸盐正极材料的材料密度、循环寿命和导电性能。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池用硅酸盐正极材料，所述锂离子电池用硅酸盐正极材料的通式为Li₂MSiO₄/D，其中Li₂MSiO₄为硅酸盐正极材料活性物质，D为改性剂，占Li₂MSiO₄质量的0.1％～10％，改性剂包覆在Li₂MSiO₄表面，形成具有核壳结构的复合正极材料，其中核的平均粒径为0.1～100μm，壳层的厚度为0.5～100nm；所述复合正极材料具有球形、长短轴为5～30的近似球形、菱形、锥形、片状、层状或块状的微观特征，其平均粒径为0.1～100μm，比表面积为0.2～10m²/g；所述改性剂为Ti、Zr、Al、Mg、Mn、Co、Zn或Cu的金属氧化物、或碳单质；所述M为过渡金属Co、Mn、Ni、Fe、V和Ti中的一种以上。

本发明的碳单质的形式为碳纳米管、乙炔黑、纳米碳纤维、石墨和无定形碳中的一种以上；碳单质采用碳或由碳源化合物分解生成，碳源化合物为呋喃树脂、脲醛树脂、密胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶，纤维素、葡萄糖、煤沥青和石油沥青中的一种以上；所述Ti、Zr、Al、Mg、Mn、Co、Zn或Cu的金属氧化物由金属的化合物分解制得，或直接由金属氧化物纳米化后获得；所述金属的化合物为：钛酸四丁酯、二异硬脂酰基钛酸乙二酯、羟基二乳酸合钛、三异硬酯酰基钛酸异丙酯、钛酸四异丙酯、乙酰丙酮钛、锆酸酯、异丙醇铝、二硬脂酸羟基铝、二异丁基氢化铝、二甲酸铝、二乙酸铝、环烷酸铝、三甲酸铝、乙酸铝、一乙酸铝、乙酰丙酮铝、硬酯酸铝、油酸铝、硝酸铝、乙酸镁、硝酸镁、乙醇镁、硬酯酸镁、硝酸锰、乙酸猛、乙酸钴、硝酸钴、环烷酸锌、乳酸锌、环烷酸铜或硝酸铜；所述金属氧化物为：氧化铝、氧化镁、氧化钴、氧化铜、氧化亚铜、氧化锆、氧化钛、氧化锰或氧化锌。