[发明专利]一种包覆硅的锂离子电池正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池正极材料的包覆改性制备方法，尤其是包覆硅的锰酸锂电池的制备方法。

背景技术

锂电池作为新一代的绿色环保电源，其具有高的能量密度、高的放电平台等优点，广泛用于手机、相机、笔记本电脑等3C及电动工具电子产品。随着锂电池的技术发展，要求其具有高能量、高功率、高循环寿命及低成本等特点。

锂电池的正极材料是锂电池的重要组成部分，是锂电池性能的主要影响因数，现在商业化的正极材料主要有LiCoO₂、LiMn₂O₄、Li(NixCoyMnz)O₂、Li(NixCoyALz)O₂和LiFePO₄，锰酸锂价格最低，安全性和倍率性均较好，但普通的锰酸锂存在John-Teller效应和Mn溶出，包覆耐腐蚀的SiO₂后，有效阻断了锰与HF的反应，且能抑制电解液的分解，使材料的循环寿命明显提高，应用到更广泛的动力循环电池领域。

对锰酸锂电池正极材料包覆改性的方法主要包括：包覆Al₂O₃、ZnO、TiO₂、MgO、Sn O₂、CeO₂和有机物包覆，多为金属氧化物包覆，包覆后处理温度高，其包覆后的材料电导率均较差，材料容量有所降低，且包覆物易到内部与锰酸锂形成掺杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包覆硅的锂离子电池正极材料制备方法，使正极材料的循环寿命明显提高。

实现本发明的技术方案是，具有以下步骤和过程，

步骤一：包覆，

（1）备料，备泡花碱溶液，即Na₂O·mSiO₂溶液，式中“m”表示摩尔数，SiO₂质量浓度为3～8%；备硫酸溶液，硫酸质量浓度为2～4%；备锰酸锂浆料，锰酸锂固含量为150～200g/L；

（2）反应，即硅沉淀反应，将泡花碱溶液与硫酸溶液一起并流加入调好锰酸锂浆料的反应釜中，加热、搅拌，使硅酸钠与硫酸1:1反应完全，控制pH值为9～10，硅沉淀反应的时间为1～4h；

（3）分离，反应充分完毕后，进行固液分离，得包覆SiO₂.nH₂O的锰酸锂，式中“n”为摩尔数；

步骤二：脱水，将步骤一所得包覆SiO₂.nH₂O的锰酸锂在微波干燥炉中干燥脱水，温度控制在100～150℃，即得包覆二氧化硅的锰酸锂，即LiMn₂O₄.·x SiO₂，式中“x”为摩尔数。

进一步，所述硫酸溶液为工业级浓纯硫酸稀释而成；所述Na₂O·mSiO₂溶液中摩尔数m值优选3.0～3.4。

进一步，所述LiMn₂O₄·xSiO₂中摩尔数x值优选2%～9%。

进一步，所述搅拌转速优选120～200 r/min，所述反应的温度优选控制在50～80℃。

进一步，干燥脱水完毕后，所述包覆二氧化硅的锰酸锂的水分＜优选值0.1%。

本发明包覆SiO₂为表面包覆，后续处理温度低，所生产的正极材料稳定性好、颗粒分布更均匀，球形度变好，且不对颗粒内部产生影响，能有效延长正极材料的循环使用寿命，且成本较低，综合性能较其他包覆的正极材料好。

与其他方法比较，本发明有以下优点：

1. 进行二氧化硅的包覆，后续处理温度低，不会渗透到颗粒内部对结构产生影响，包覆后的正极材料颗粒更均匀，球形度较好。

2. 采用二氧化硅的包覆，抑制钝化膜的形成，能吸附电解液的水份，抑制电解液在电极表面的分解，有效阻止电解液对正极材料的腐蚀，使正极材料的循环寿命明显提高。

3. 包覆为无机沉淀包覆，较有机正硅酸酯类包覆，成本低，环境污染小，操作方便。利用微波干燥，处理温度低，能耗少，成本低。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

图2是本发明实施例1的扫描电子显微镜（SEM）图。

具体实施方式