[发明专利]一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体为一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种在锂电池基础上发展起来的一种新型电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。其电化学性能主要取决于电极材料，电极材料的选择与质量直接决定着锂离子电池的特性与价格。然而长期以来，锂离子电池正极材料是限制锂离子电池发展的关键因素，且直接影响着电池的能量密度和比功率特性。目前商业化的锂离子电池正极材料一般都使用钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂和三元材料等，但是他们在环境友好、循环稳定性等方面存在很多缺点，这也制约了他们的产业化应用。层状结构的含锂金属氧化物如镍钴锰双眼材料、钴酸锂等正极材料因电导率较高、倍率性能较好、理论比容量高而被广泛应用，但是它们在常规4.2V的充电电压实际能够放出的比容量只有140~160mAh/g，如要获得更高比容量，则需充电至4.35V以上。 传统层状氧化物正极材料在高电压譬如4.35V以上的充电条件下循环过程中容量损失较多，循环稳定性差，不能满足商业化应用，且存在较大的安全隐患。。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料及其制备方法，具有安全性好、比容量高、成本低廉和循环性能优的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成石墨型氮化碳

将三聚氰胺粉末加热到550℃热聚合4h，升温速度20℃/min，得到黄色块体状的石墨型氮化碳，然后将石墨型氮化碳放入烧杯中，加入200ml甲醇溶液超声分散5h，块体状的石墨型氮化碳碳被剥离成薄片状的石墨型氮化碳，形成均匀的石墨型氮化碳分散液；

(2)合成锂离子电池正极材料分散液

首先将锂离子电池层状正极材料加入到100ml甲醇溶液中25℃搅拌分散1h，转速为500r/min，得到锂离子电池层状正极材料分散液；

(3)合成表面包覆的锂离子电池正极材料

将锂离子电池层状正极材料分散液加入到石墨型氮化碳分散液中25℃搅拌24h,转速为700r/min，然后抽滤，烘干，研磨，即得表面包覆的锂离子电池正极材料。

进一步地，所述块体石墨型氮化碳的质量为电极材料的0.5%～5%。

进一步地，所述锂离子电池正极材料为钴酸锂、锰酸锂和/或镍钴锰三元材料。

一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，采用以上的制备方法制备得到。

本发明一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料的制备方法，具有如下的有益效果：

第一、安全性好，本发明的表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，其包覆的石墨型氮化碳呈化学惰性，在高温高压下稳定性好，能有效的阻止正极材料金属氧化物的部分分解（这些分解产生的产物对电解液的催化分解会导致电池胀气、爆炸等不安全问题),从而提高电池高压下的循环稳定性和安全性能；

第二、比容量高，适量的石墨型氮化碳具有嵌锂功能，有利于充放电过程中锂离子的运输，从而提高了锂离子电池的比容量；

第三、成本低廉，本发明的表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，由于其制备过程中所用的原材料是价格低廉的氮化碳，且来源广泛，因此其具有制备成本低的特点；

第四、循环性能优，本发明的表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料制作成锂离子电池使用时，与传统的锂离子电池正极材料作对照，在应用实施例和应用对照实施例的测试中可以很直观的发现，比容量和循环稳定性都有很大的提高，因此，该表面包覆修饰的锂离子电池正极材料作锂离子电池正极极片使用具有比容量高、循环稳定性好和安全性能好等优点。

附图说明

图1为实施例1～4、对比例1的循环性能曲线图。

图2为实施例5的首次、50次和100次的充放电电压曲线图。

图3为实施例6的扫描电镜图。

图4为对比例2与实施例6的透射电镜对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及对本发明产品作进一步详细的说明。

本发明公开了一种表面包覆修饰的锂离子电池层状正极材料，是通过以下制备方法制备的：

(1)合成石墨型氮化碳