[发明专利]一种改性正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改性正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因为其高电压、高比容量以及优异的循环性能广泛应用于混合动力汽车。与商业化的LiCoO₂相比，层状三元材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂因为Ni、Co、Mn的协同效应，具有高比容量，安全性好，成本低以及良好的循环性能等优点。但是，在高温和高电压下，三元材料循环性和热稳定性差，限制其广泛应用。原因一是在脱锂状态，不稳定的Ni⁴⁺容易还原成Ni³⁺，引起材料发生相变；原因二是材料与电解液发生反应，使热稳定性变差。目前，人们主要利用表面包覆减小材料与电解液的反应，来提高三元材料的电化学性能。

目前对正极材料的改性主要是对其进行包覆，包覆的材料主要是金属氧化物，金属磷酸盐，金属氟化物等，包括TiO₂(J.AlloysCompd.,2012,543,181–188)、Li₂ZrO₃(J.Phys.Chem.C,2015,119,20350–20356)、FePO₄(J.AlloysCompd.,2012,541,125–131)、AlF₃(J.PowerSources,2008,179,347–350)等。包覆的作用，一方面是阻止材料与电解液直接接触，减小表面阻抗；另一方面是减小电解液与材料的反应。但其电化学性能仍需提高。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种改性正极材料及其制备方法，该改性正极材料具有较好的电化学性能。

本发明提供了一种改性正极材料，包括正极材料；所述正极材料的表面包覆有二层或二层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。

优选的，所述正极材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂；所述正极材料的粒径为5～60μm。

优选的，所述金属氧化物层的厚度为1～10nm。

优选的，所述正极材料的表面包覆有2～4层金属氧化物层。

本发明还提供了一种改性正极材料的制备方法，包括：

A)将金属氧化物的前驱体与正极材料在溶剂中混合，高温烧结，得到单层包覆改性正极材料；

重复步骤A)，得到两层或两层以上包覆改性正极材料；

所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。

优选的，所述金属氧化物的前驱体为碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂、纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛、硝酸铝、硝酸镧、硝酸锆与钛酸四丁酯中一种或多种。

优选的，所述溶剂为水、乙醇或丙酮。

优选的，所述高温烧结的升温速率为1～8℃/min；高温烧结的温度为500℃～700℃；高温烧结的时间为3～10h。

优选的，所述金属氧化物的前驱体的质量为正极材料质量的0.2％～8％。

本发明还提供了一种电池，包括改性正极材料。

本发明提供了一种改性正极材料及其制备方法，包括正极材料；所述正极材料的表面包覆有两层或两层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。与现有技术相比，本发明在正极材料的表面形成多层金属氧化保护层，可有效降低电解液与正极材料的反应，减缓金属粒子在电解液中的溶解，并且提供三维的锂离子扩散通道，从而提高了改性正极材料的电化学性能，表现出优异的循环性能和倍率性能。

实验结果表明，本发明制备的改性正极材料组装的扣式电池0.5C循环100次放电比容量可达151.4mAh/g；0.5C循环100次容量保持率可达92.6％。

附图说明

图1为本发明实施例1～5及比较例1中得到的改性正极材料的X射线衍射图谱；

图2为本发明实施例6～11中得到的改性正极材料的X射线衍射图谱；

图3为本发明实施例1中得到的改性正极材料的扫描电镜照片；