[发明专利]一种改善三元素锂离子电池正极材料低温性能的方法

说明书

技术领域：

本发明属于电化学电源材料制备与改性技术领域，特别是涉及一种改善三元素锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(0＜x，y＜1)低温性能的方法。在二次锂离子电池和动力电池正极材料领域具有广泛应用前景。

背景技术：

随着信息技术的发展，电子仪器设备的小型化，以及新型电子仪器设备的不断问世，使得对小型分立的可移动电源需求持续快速增长，对电池产业提出了更高的要求。具有体积小、能量密度高、使用寿命长等一系列优势的锂离子二次电池自其问世以来就一直受到世界各国的关注。与传统的Ni/Cd、Ni/MH等可充电电池相比，其具有相当于Ni/Cd、Ni/MH电池3倍的工作电压、Ni/Cd电池3倍，Ni/MH电池1.5倍的能量密度、较小的自放电速率、不含铅镉等有毒物质以及无记忆效应等优点。因此其广泛的应用于便携式移动工具、数码产品、人造卫星、航空航天等领域中，且在电动自行车和汽车等领域中亦具有非常广阔的前景。

目前，应用范围最广、商业化水平最高的锂离子电池正极材料LiCoO₂，由于钴资源有限而导致其电池成本过高，且钴离子有毒、过充安全性能较差；LiNiO₂制备困难，容易生成非计量比产物，严重影响其电化学性能，且循环性能及热稳定性均较差；层状结构的LiMnO₂同样具有制备困难、循环过程中结构不稳定的缺点；尖晶石结构的LiMn₂O₄表面容易发生歧化反应，而且表面粒子有可能过放电而发生Janh-Teller畸变，同时热稳定性比较差。而层状结构的三元素锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(1＜x，y＜1)由于较好的综合了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂等的优点，并在一定程度上弥补了各自的缺点而成为比较有发展潜力的锂离子正极材料。

该系列材料相对于其它正极材料具有理论比容量高(＞200mAh/g)；合成方法简单；平均放电平台(～4.1V)高；电极可逆性好等一系列优点。但该材料在低温(＜-20℃)下的性能较差，尚不能满足商业化要求，且关于该系列材料低温性能的研究亦相对较少。

发明内容：

本发明的目的在于，提供一种改善三元素锂离子电池正极材料低温性能的方法，该方法采用锂离子快离子导体材料(Li₂O-mB₂O₃)对三元素锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(1＜x，y＜1)进行表面的修饰改性，从而可以非常有效的改善该系列材料的低温性能。该方法具有热处理温度低、工艺路线简单可靠、流程短、工艺参数容易控制等特点，具有工业化规模生产前景。

本发明所述的一种改善三元素锂离子电池正极材料低温性能的方法，通过对三元素锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂材料进行锂离子快离子导体材料Li₂O-mB₂O₃的表面修饰改性，改善了三元素锂离子电池正极材料的低温性能，具体操作按下列步骤进行：

a、将含锂和含硼化合物按Li∶B＝1∶0.5-3.0摩尔比加入到的溶剂中，并于温度80℃，水浴条件下以80-200r/min的转速搅拌；

b、按快离子导体材料Li₂O-mB₂O₃的质量分数1-8wt％称取LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂材料粉末，缓慢的加入到步骤a得到的液体中，继续保持水浴搅拌直至将所有溶剂蒸发完毕，得到混合材料；

c、将步骤b得到的混合材料于空气或空气与氧气的混合气体的条件下温度350-600℃热处理5-15h，即可得到快离子导体材料修饰的三元素锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂。