[发明专利]一种含硅锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种含硅锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其放电比容量高、安全性好、循环寿命长等优点，被广泛应用于相机、手机等便携式电子产品以及电动交通工具和大型动力电源等领域。锂离子电池的性能主要取决于锂离子电池的正极材料，目前正极材料主要有钴酸锂、镍钴锰或镍钴铝三元材料、磷酸亚铁锂和锰酸锂等，但是这几种正极材料都有自身的缺陷，比如钴酸锂价格昂贵，耐过充性差，4.2V下的克容量发挥有限；镍钴锰或镍钴铝三元材料存在压实密度低、与电解液的兼容性差和容易胀气等问题；锰酸锂的高温循环和高温存储性能不佳；磷酸铁锂则存在低温性能差和产品一致性差等问题。为了解决这些问题，表面包覆技术是最为常用和认可的手段，表面包覆可以提高正极材料的表面结构稳定性，改善电池高电压下的循环性能。国内外很多文献和专利报道了采用Al₂O₃、AlPO₄、ZrO₂、TiO₂、B₂O₃等氧化物包覆正极材料的技术，虽然包覆后材料的循环性能有所改善，但实际上的改善效果是很有限的，还会降低正极材料的克容量和放电电压平台等。

因此需要一种正极材料，在保证其本身所具优势条件下，获得更好的循环、高温存储、低温性能等。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种含硅锂离子电池正极材料，该材料具有高放电容量、高放电电压及高压实密度。

本发明的另一目的是提供一种上述含硅锂离子电池正极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明公开了一种锂离子电池正极材料，该锂离子电池正极材料包括：复合氧化物颗粒内核和含有硅氧键的高分子聚合物包覆层。

上述的复合氧化物颗粒内核为至少包括锂Li以及镍Ni、钴Co或锰Mn中一种或几种的复合氧化物颗粒；并且该复合氧化物颗粒具有下列化学式表示的平均组成：

(化学式1)Li_dNi_aCo_bMn_cE_1-a-b-cO₂

其中，E表示选自Mn、Cr、Co、Ni、V、Ti、Al、Ga及Mg中的至少一种元素，a、b、c、d满足下列关系：0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0.4≤d≤1.5。

优选的，上述的复合氧化物颗粒内核可以是单一或掺杂改性的钴酸锂、镍钴锰或镍钴铝等三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基等。

上述的含有硅氧键的高分子聚合物包覆层为硅酸盐或改性硅酸盐高分子聚合物中的一种或几种；优选的，被设置于复合氧化物颗粒的表面的至少一部分上，具有由下列化学式表示的平均组成：

(化学式2)M_xO·ySiO₂·zH₂O

M表示选自Li、Na、K、Zn、Co、Ni、Mn、Al、Mg、Ca、Cu、Fe、B、Sn、Pb、Se、Te、Ti、Zr、Ba、Bi、Ge、Sc、镧系或锕系元素中的一种或几种，优选的，0.3≤x≤3，0.2≤y≤0.7。

上述的锂离子电池正极材料，优选的，所述的含有硅氧键的无机高分子聚合物是指含有等硅氧键的硅酸盐或改性硅酸盐中的一种或几种。

上述的含硅锂离子电池正极材料，所述的包覆层中硅元素与复合氧化物颗粒内核的质量比为0.0001:1-0.5:1。

优选的，上述的含硅锂离子电池正极材料，所述的包覆层中硅元素与复合氧化物颗粒内核的质量比为0.0009:1-0.3:1。

上述的锂离子电池正极材料，优选的，所述的复合氧化物颗粒内核的D₅₀范围为5.0μm~20μm。