[发明专利]一种碳-金属氧化物双组分包覆修饰的高电压正极材料及其包覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳-金属氧化物双组分包覆修饰的高电压正极材料及其包覆方法，主要涉及锂离子电池正极材料的技术领域。 

背景技术

目前，锂离子电池正朝着大型化、高能化、长寿命和高安全性的方向发展。然而，制约电池能量密度、循环性能与安全性的关键在于正极材料，使用高电压正极材料可以显著提高电池的能量密度，如LiNi_0.5Mn_1.5O₄虽然比容量不高，但是其4.7V的工作电压使其拥有650Wh/kg的能量密度，相比工作电压在3.6～3.7V的LiMn₂O₄和LiFePO₄(约为500Wh/kg)提高了约30％。而Li₃V₂(PO₄)₃和xLi₂MnO₃﹒(1-x)LiNi_aCo_bMn_cO₂(a+b+c＝1)，在充电至高电位下，不但可以释放出更多的锂，获得更高的比容量，而且也能显著提高其能量密度。但是高电压正极材料在与电解液的兼容性、循环性能和安全性上还存在一些突出的问题。目前商用的电解液可稳定耐受的锂电极电位为4.4V，在充电至更高的电位时，特别是在一些高价态金属离子的催化作用下，电解液容易发生氧化还原分解，从而导致电池安全问题。通过对高电压正极材料的表面包覆，可以有效抑制电解液的氧化分解，提高电池安全性。此外，表面包覆还有利于抑制本体材料中金属离子在电解液中的溶解，改善电池循环性能。表面包覆改性已成为改善正极材料电化学性能的一种重要的途径。 

最常用于正极材料表面包覆的技术是碳包覆。无定形碳包覆在基体表面可以显著提高正极材料的电导率及其倍率性能。然而，无定形碳的多孔疏松的特征使其无法发挥物理阻隔作用，电解液仍然容易与电极材料上具有一定催化作用的过渡金属离子发生相互作用。在正极材料LiMn₂O₄的研究经验中，使用金属氧化物，特别是具有良好锂离子传导能力的锂离子导体和锂快离子导体是较为理想的包覆材料。碳包覆的优势在于提高材料的电子电导率，而金属氧化物包覆的优势在于提高电极材料与电解液在高电压下的稳定性，因此，需要一种将两者很好结合在一起的方法来获得正极材料理想的电池性能。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种碳-金属氧化物双组分包覆修饰的高电压正极材料，在高电压正极材料的表面包覆碳与金属氧化物双组分包覆层，从而克服了已有少量碳包覆的高电压正极材料倍率性能差、高电压下的循环稳定性等缺陷。 

本发明是通过以下技术方案来实现的。 

一种碳-金属氧化物双组分包覆修饰的高电压正极材料，基体为：Li₃V₂(PO₄)₃、xLi₂MnO₃﹒(1-x)LiNi_aCo_bMn_cO₂(a+b+c＝1)、LiNi_0.5Mn_1.5O₄中的中任意一种或者包含任意几种的复合物；上述基体表面包覆有均匀的相互渗透的包覆层，上述包覆层包括碳C、低价态过渡金属氧化物MO。 

进一步地，上述包覆层是将碳源与高价态过渡金属氧化物或能形成高价态过渡金属氧化物的物质在高温下通过氧化还原反应形成的。 

进一步地，上述基体与上述包覆层的质量比为1:0.01-0.10。 

进一步地，上述高价态过渡金属氧化物或能形成高价态过渡金属氧化物的物质为V₂O₅、NH₄VO₃、Co₃O₄、MnO₂、Fe₂O₃、Fe(NO₃)₃、SnO₂中的任意一种或几种。 

进一步地，上述碳源为已经包覆在基体表面的无定形碳、炭黑材料、能热解形成无定形碳的有机物中的任意一种。 

进一步地，上述炭黑材料为乙炔黑、SuperP、Kekjen黑中的任意一种。