[发明专利]一种高倍率性能的锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种锂离子电池，特别是涉及一种高倍率性能的锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、无记忆效应、工作温度范围宽、自放电率低、无污染、循环寿命长、安全性能好等诸多优点，自问世以来，已广泛应用于移动通讯工具以及相机、笔记本等便携式电子设备中。

目前应用最多的锂离子正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和镍钴锰酸锂三元材料。钴酸锂是最早工业化和商业化的材料，钴酸锂的电化学性能较为稳定、导电性能好、电压平台较高、循环性能好、压实密度能达到4.0g/cm3，但是钴酸锂的比容量相对较低，只有140mAh/g，并且钴毒性较大，钴资源稀缺，价格昂贵，且其过充安全性能较差。镍酸锂合成困难，材料的重现性差；层状锰酸锂虽然具有较高的比容量，但是结构稳定性较差，而尖晶石型的锰酸锂比容量较低，且高温下的结构有待加强。虽然镍钴锰酸锂三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂的性能表现，具有热稳定性好，高电位下比容量高和原料成本低等特点，但是三元材料电压平台较低、平台放电时间短、压实密度也较低、循环性能差。

将钴酸锂和镍钴锰酸锂两种材料按比例进行混合，可以使两种材料的性能得到互补，不仅可以提高复合材料的压实密度和导电性能，而且材料的容量也可以得到相应的提高。同时在复合材料的表面进行包覆改性，可以有效地改善材料的结构稳定性，阻止电解液在材料表面发生副反应，从而改善锂离子电池的循环性能，提高电池的安全性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电压平台高、倍率性好的低成本正极材料，克服现有正极材料的不足，同时采用包覆改性，提高材料的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

第一个方面，一种高倍率性能的锂离子电池复合正极材料，所述的复合正极材料由LiNi_aCo_1-a-bMn_bO₂、钴酸锂两种活性物质和包覆在活性物质表面的AlF₃包覆层组成，其中0<a<1，0<b<1，0<1-a-b<1。

作为优选，所述的镍钴锰酸锂三元材料占镍钴锰酸锂三元材料和钴酸锂质量总和的10%～90%。

作为优选，所述的AlF₃包覆层与活性物质的质量比为0.001～0.05:1。

作为进一步优选，所述的AlF₃包覆层与活性物质的质量比为0.005～0.03:1。

第二个方面，一种如第一个方面所述的高倍率性能的锂离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴ 将一定量的LiNi_aCo_1-a-bMn_bO₂和钴酸锂两种活性物质按一定的比例混合均匀；

⑵ 将混合后的活性物质加入到三价铝源溶液中搅拌形成固液混合物，在该固液混合物中加入氟源溶液进行搅拌，铝元素和氟元素在活性物质表面形成氟化铝包覆层；

⑶ 将步骤⑵中的固液混合物进行喷雾干燥；

⑷ 将上述干燥后的固体材料在一定温度下煅烧一段时间后得到复合正极材料。

作为优选，所述的LiNi_aCo_1-a-bMn_bO₂的D50为5～25μm，钴酸锂的D50为5～25μm。

作为进一步优化，所述的LiNi_aCo_1-a-bMn_bO₂为一次颗粒团聚而成的二次颗粒，D50为10～20μm，D10≥5μm，D90≤30μm，所述的钴酸锂的D50为10～20μm，D10≥5μm，D90≤30μm。

作为优选，三价铝源溶液为硝酸铝水溶液，所述的氟源溶液为氟化铵水溶液。

作为优选，硝酸铝和氟化铵的摩尔比为1:3。

作为优选，所述的煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为3～6h，所述的煅烧气氛为氮气或氩气。

与现有的技术相比，本发明的最大优点和有益效果如下：

⑴ 将两种材料按照一定比例进行混合，使所得的复合材料的比容量相对于钴酸锂有了较大幅的提高，压实密度、导电性及电压平台相对于镍钴锰酸锂三元材料有了较大的提高。