[发明专利]一种富锂正极材料的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种富锂正极材料的表面改性方法，属于锂离子电池正极材料领域。

技术背景

锂离子电池是手机、笔记本电脑等便携式电子产品的主要电源，高容量和良好的循环性能是对其基本的要求。应用于便携电动工具和电动汽车的电池还要求具有高能力的存储密度和可靠的安全性。

钴酸锂（LiCoO₂）材料自20世纪80年代被美国学者J.B.Goodenough等人发现以来，受到广泛关注，是目前商业上广泛使用的锂离子电池正极材料。随着电子产品用高容量锂离子电池和动力型锂离子电池的发展，需要正极材料具有高可逆比容量、低成本、长循环寿命以及良好的安全性能。钴酸锂由于其可逆比容量有限、成本高、热稳定性差等缺点，不适合作为新一代高性能锂离子电池正极材料。

近年来，富锂正极材料由于具有较高的电压和较高的充放电容量受到广泛关注。富锂正极材料是由层状的Li₂MnO₃和LiMO₂(M=Mn,Ni,Co)按不同比例形成的固溶体，其化学式可以写成xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或x111Li₂O·yMO_b(x/y>0.51)。然而，富锂正极材料偏低的库仑效率和倍率性能严重阻碍了其大规模应用，而其循环性能也有待进一步提高。赵煜娟等人（CN101562245A）报道了一种利用MnO₂对富锂正极材料进行表面包覆的方法，该方法降低了材料的首次不可逆容量损失，改善了材料在高倍率下的循环性能，但改性后的材料在小电流下（0.2C）的放电容量较低（<200mAh/g）。A.Manthiram等人（US 7678503B2）报道了一种采用氧化物对富锂正极材料进行表面包覆的方法，涉及的氧化物包括Al₂O₃，CeO₂，ZrO₂，ZnO和SiO₂，通过氧化物包覆，提高了材料的首次放电容量及库仑效率，但包覆对于高倍率下材料的电学性能改善不明显。S.H.Kang等人（Chem.Mater.,2008,20,6095-6106）用稀硝酸溶液对富锂正极材料进行表面处理，该方法减小了第一次循环中的不可逆容量损失，提高了材料的放电比容量，但酸处理破坏了正极材料的结构，造成循环性能与倍率性能劣化。

因此，寻找一种富锂正极材料的表面改性方法，使改性后的材料既具有高的放电容量和库仑效率，又具有良好的循环容量保持率和倍率特性，并且适合于工业化大规模生产，是目前研究的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高容量锂离子电池富锂正极材料的表面改性方法。用铵盐对富锂正极材料进行简单的表面处理后，再通过液相沉淀在材料表面包覆一层金属氧化物或磷酸盐，实现对材料的表面改性。相对于通常采用的表面包覆处理或酸处理只能改善正极材料的部分电学性能而言，本发明的表面改性方法能综合提升富锂正极材料的各项电学性能，包括提高材料的首次放电比容量和库仑效率，同时改善其循环性能与倍率特性，并且该方法工艺简单，操作易行，成本低廉，环境友好，适合于大规模的工业生产。

本发明的一种富锂正极材料的表面改性方法，所述富锂正极材料为xLi₂O·yMO_b，其中M为Mn、Ni、Co、Al中至少一种，0.51<x/y<0.95，1≤b≤2，该方法至少含有以下3个步骤：

1）将铵盐加入富锂正极材料xLi₂O·yMO_b中，进行热处理；

2）将步骤1）中热处理后的粉体分散于含有包覆离子的溶液中，调节pH值使包覆离子沉淀，得到表面包覆物质的粉体；

3）将表面包覆物质的粉体进行热处理，得到表面改性的富锂正极材料，该表面改性的富锂正极材料是热处理后的表面包覆物质的富锂正极材料的粉体。