[发明专利]一种锂离子电池高电压正极材料制备及表面包覆方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，特别是一种高电压锂离子电池表面包覆正极材料及其制备方法。

技术背景

锂离子二次电池比其它可充电电池体系具有更高的能量密度，其应用领域广泛，小至各种便携式电子设备，到零排放电动车都会使用到可充电的锂离子电池。目前研究较多的锂离子电池正极材料包括具有层状结构的LiCoO₂、LiNiO₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄、以及橄榄石结构的LiFePO₄。上述正极材料相对于石墨负极的电压都低于4V，电池的功率受到一定的限制，如果用在电动汽车上，必须将多个上述材料作为正极的电池串联在一起使用，这样会为维护和使用带来诸多不便。研究发现，阳离子如Cr、Co、Ni、Cu、Fe和V取代尖晶石结构锰酸锂LiMn₂O₄中的部分锰离子后的产物LiMn_2-xM_xO₄(M＝Cr，Co，Ni，Cu，Fe，Mo，V)也为尖晶石结构，放电电压可高达5V左右。5V电池的好处是可以获得高的功率密度。在各种材料中Ni掺杂的5V正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄，因其具有较高的电压平台和较好的容量循环性能而引起了学者们的研究兴趣。包括LiNi_0.5Mn_1.5O₄在内，所有电极材料普遍面临一个共同的问题：随着循环次数的增加，电极的充放电容量和循环可逆性能会逐渐衰减，最终导致电池失效报废。研究发现，电解液分解引起材料表面变质是导致LiNi_0.5Mn_1.5O₄容量衰减的主要因素。LiNi_0.5Mn_1.5O₄充放电过程中，电压高达5V左右，使得在电极表面的电解液不停地被氧化分解，生成了碳质纳米结构，并负载到材料的表面，形成了碳化膜，尤其在高温下更加严重。这层膜的存在阻碍了锂离子的正常脱嵌，随着循环次数的增加，有效锂将会越来越少，造成容量严重衰减。其他正极材料如LiCoO₂、LiMn₂O₄等也都不同程度的存在耐充能力差，高温性能不稳定等缺点。为解决以上问题，国内外学者进行了表面修饰工作，如在正极活性物质的表面包覆一层碳或金属氧化物，以改善电解液与正极活性物质的界面状况，抑制两者之间的负反应，达到增强耐充能力和提高高温下循环稳定性的目的。

专利CN1801508A公开的高电压锂离子电池正极材料锂镍锰氧的制备方法，将含镍源化合物、锰源化合物、锂源化合物按化学计量比先混合，接着将其投放炉中，在空气或氧气气氛中以0.1-100℃/min的速度升温加热，在700-1000℃恒温煅烧0.1-48小时，然后直接以0.1-80℃/min降温速度下降温或随炉冷却到室温，最后以0.1-100℃/min的降温速度下降或随炉冷却到室温，制得高电压锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄。专利CN101640266A采用水热法制备了具有片层状的高电压锂离子电池高电压正极材料。专利CN1321881C公开了一种采用低热固相反应法制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的方法。目前已发表的专利文献中，主要集中在材料的制备方法上，对高电压正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄进行表面包覆改性的报道较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料高电压复合包覆正极材料的制备方法，采用表面包覆技术在锂离子电池正极活性物质表面包覆一层含锂过渡金属氧化物薄膜，以制备出具有高电压高循环稳定性的锂离子电池正极复合材料。

本发明采用以下技术方案如下：一种锂离子电池高电压复合包覆正极材料，所述锂离子电池正极材料以LiNi_0.5Mn_1.5O₄为基体，基体表面包覆有占基体质量比1-15％的功能材料，所述功能材料的组分为氧化物无机物。