[发明专利]一种原位析出氧化物包覆锂离子电池正极材料及其制备方法及应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种新型原位析出氧化物包覆锂离子电池正极材料的制备方法。一种新型原位析出氧化物包覆锂离子电池正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：在氧化物正极材料前驱体制备过程中加入包覆材料的原材料，然后在高温热处理过程中，包覆材料在氧化物正极材料基体表面氧化分解并原位析出，对其进行包覆改性，得到氧化物包覆的氧化物复合正极材料。该原位析出氧化物包覆改性的锂离子电池正极材料，其首次充放电容量最高可达295毫安时/克，300次循环后，容量保持率达到100%。经改性的锂离子电池正极材料具有优异的电化学性能和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种原位析出氧化物包覆锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着科技的发展与人类社会的进步，能源枯竭和环境污染问题日益凸显，开发新型高效、清洁的能量转化、存储技术和能量利用方式成为解决这些问题和实现人类社会可持续发展的关键。锂离子电池以其高工作电位、高比能量密度、高比功率、高工作温度范围、长循环寿命以及较好的环境友好性，在便携式移动电子设备领域、电动工具、储能装置、电动车和混合动力汽车领域得到广泛的应用。尤其几年来电动汽车的迅猛发展及电子设备的小型化、轻型化，对锂离子电池提出了更高的要求，开发新型安全高效、高容量、高倍率、长循环寿命的锂离子电池成为目前研究的热点，而电极材料是决定锂离子电池性能的决定性因素，也是锂离子电池开发的难点和技术核心，其中正极材料为电极材料的关键组分。

然而，研究报道，锂离子电池正极材料循环过程中结构变化、金属元素的腐蚀溶解、表面钝化层的形成、颗粒破裂、活性物质与导电剂脱离等是造成锂离子电池正极材料循环寿命差、首次不可逆容量高、倍率性能差的主要原因。因此，要提高锂离子电池正极材料循环稳定性、首次库伦效率、倍率性能，需要改善其表面结构，保证其循环过程中的表面结构的稳定性。研究报道，表面包覆可以有效的改善正极材料的表面结构，提高其循环稳定性、倍率性能及库伦效率。

传统的氧化物包覆方式通常包含两步：第一步，首先通过各种方法合成各种氧化物基体材料；第二步，将氧化物基体材料与包覆所用的原材料机械式混合(如通过溶胶-凝胶法、机械球磨法等)，然后通过热处理方式实现氧化物正极材料表面包覆。然而，这种包覆方式无法实现对基体材料的均匀，完整且紧密的包覆。由于第一步合成的锰氧化物基体材料需要在高温条件下热处理，得到的基体材料颗粒团聚较为严重，因此这种机械混合方式无法实现对每个颗粒完整包覆。此外，这种异位包覆方式无法实现包覆材料与基体材料的紧密结合。由于上述原因，这种包覆方式对提升层状氧化物正极材料的电化学性能的作用有限。

发明内容

本发明的第一个目的是提供了一种新型的，操作简单，高效，可控性强，低能耗，适用范围广的原位析出氧化物包覆锂离子电池正极材料的制备方法。这种在正极材料基体表面原位析出的包覆层具有均匀、完整、结合力强等特点，可以有效地保持正极材料循环过程中颗粒表面的结构稳定性，从而有效的提高其电化学性能，具有广泛的应用前景。该材料作为锂离子电池正极材料具有容量高，循环稳定性和倍率性能好的优点。该复合材料制备方法简单，适合规模化生产。本发明的第二个目的是提供使用该正极材料的锂离子电池正极。本发明的第三个目的是提供使用该正极的锂离子电池。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种原位析出氧化物包覆锂离子电池正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：在氧化物正极材料前驱体制备过程中加入包覆材料的原材料，均匀混合，然后在高温热处理过程中，包覆材料在氧化物正极材料基体表面氧化分解并原位析出，对其进行包覆改性，得到氧化物包覆的氧化物复合正极材料。