[发明专利]一种纳米SnO2修饰锂离子电池三元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能材料制备领域，具体涉及一种纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料及其制备方法。

背景技术

钴酸锂作为第一批市场化的锂离子电池正极材料，具有制备工艺简单、材料结构稳定、能量密度高、循环性能好，放电平台高且稳定等优异性能而成为目前最成熟的正极材料，但是钴酸锂热稳定性差，存在安全隐患；此外钴有毒且资源贫乏，而市场对锂离子电池的需求正逐渐增大，使得钴的价格大幅攀升，这些都制约了产业的发展以及锂离子电池的应用。为此必须寻找其他的正极材料来代替它。

三元材料自1999年第一次报道以来得到了广泛的研究，被认为是最有可能取代钴酸锂的正极材料之一。三元材料结合了钴酸锂、锰酸锂以及镍酸锂的特点，具有高比容量、安全性能好、结构稳定以及价格相对便宜的优点。现三元材料已经进入产业化阶段，但是其历史较短，成熟度还不够，还存在若干关键的科学及技术难题。首先，相对于钴酸锂而言，其电子导电率低，影响了充放电性能，尤其是快速充放电的性能。表面修饰是解决这些问题的一个主要方法，其中修饰物有各种金属、导电C、氧化物、磷酸盐等。表面修饰的主要目的是为了减少电极材料与电解液的接触而避免一些副反应的发生，从而保持材料的稳定性，得到更好的电化学性能，此外，修饰物需要有良好的导电性能，不能降低材料了本身的电导率。

纳米SnO₂是一种良好的半导体材料，具有特殊的光电性能，被广泛应用于锂离子电池负极材料的研究中，而且SnO₂原料丰富，具有良好的结构稳定性和热稳定性。目前尚未发现用纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料的文献和专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料及其制备方法，能够精确地控制修饰物的含量，提高材料的重复性和一致性；制得的纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料具有更高的容量、倍率性能以及循环性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料中所述的三元正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yMn_zO₂，其中0.9≤a≤1.2，x+y+z=1；纳米SnO₂的颗粒尺寸为5nm-100nm；纳米SnO₂与三元正极材料的质量比为0.01-0.08：1。

选用纳米碳作为载体，将纳米SnO₂的颗粒生长过程和修饰过程分开进行；利用锡盐水溶液水解得到Sn(OH)₄胶体，将Sn(OH)₄胶体吸附于纳米碳上，过滤洗涤干燥后在惰性气氛中经高温得到碳载纳米SnO₂，之后在空气或者氧气中把纳米碳在高温下分解而将纳米SnO₂转移固定至三元正极材料表面上而得到纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料。包括以下步骤：

（1）碳载纳米SnO₂粉末的制备

A、在0-50℃下将锡盐水解，得到Sn(OH)₄胶体；

B、加入纳米碳，搅拌0.5-24h，将Sn(OH)₄胶体吸附于纳米碳上，然后过滤、洗涤、干燥；

C、将步骤B得到的粉末置于Ar或N₂气氛中，在350-800℃煅烧0.5-5h，得到碳载纳米SnO₂粉末；

（2）纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料

A、将碳载纳米SnO₂粉末于空气或氧气中，在400-800℃下煅烧1-8h，用重量法测得C与SnO₂的准确质量比；

B、将碳载纳米SnO₂粉末与三元正极材料混匀，于空气或氧气中，在400-800℃下煅烧1-8h，制得纳米SnO₂修饰锂离子电池三元正极材料。

所述的锡盐为硫酸锡或SnCl₄·5H₂O，水解条件：浓度为0.1-1mol/L的锡盐溶液用盐酸调节pH值至0.5-2.5，再滴加5-20wt%的氨水。