[发明专利]一种复合正极材料、其制备方法及包含该复合正极材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，涉及一种复合正极材料、其制备方法及包含该复合正极材料的锂离子电池，尤其涉及一种ITO纳米导电膜包覆正极材料的复合正极材料、其制备方法及包含该复合正极材料的锂离子电池。

背景技术

随着科技进步和人类社会的快速发展，工业化的进程不断加速，人们对能源的需求不断增长。煤、石油和天然气等传统化石燃料被大量开采和使用，使得这些不可再生的化石能源日渐枯竭，能源危机问题日趋严峻。在化石燃料的燃烧过程中，产生大量的粉尘和有害气体，造成严重的环境污染，给生态环境和人们的生活与身体健康带来巨大的危害。

为了缓解能源紧缺状况、保护生态环境，必须转变不可持续的能源使用方式。随着科技的进步和和社会的发展，大量的便携式的电子设备以及电动汽车等,涌入人们的生活中，这也迫切需要高性能的电池的出现。传统的二次电池都已难以满足现阶段对电子产品、发电系统和新能源汽车等对电池更高性能的需求。

锂离子电池具有较高的能量密度、功率密度、较高的工作电压、较好的循环性能和较低的自放电率等优点，被誉为“绿色电源”，而被国际社会公认为最理想的化学能源，被广泛用于移动电话、笔记本电脑、电动工具和手提摄像机等电子产品。随着对现有材料和电池设计技术的改进以及新材料的出现，锂离子电池的应用范围不断拓展，从信息产业(移动电话、PDA和笔记本电脑)到能源交通(电动汽车、电网调峰)，从太空(卫星、飞船)到水下(潜艇、水下机器人)。锂离子电池将作为最具发展前景的新能源服务于人类，己成为本世纪的研发热点。

对于锂离子电池而言，正极材料、负极材料和电解质是决定其电化学性能的关键因素，而正极材料充当锂离子电池中的锂源的角色，是锂离子电池的重要组成部分之一，更是制约锂离子电池比能量和比功率等电化学性能的关键因素。目前常用的锂离子电池正极材料主要有：层状结构的正极材料，其中包括钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMnO₂)，以及二/三元复合层状正极材料(LiNi_xCo_yMn_zO₂)等；尖晶石结构的锰酸锂(LiMn₂O₄)；橄榄石型结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)等。

虽然锂离子电池材料具有诸多优点，但是用于动力电池上，它也面临着急需解决的诸多问题，如材料循环性能和安全性能还远远达不到要求，大电流下容量的衰减严重和倍率性能差等问题。为了解决这些问题，通常对材料进行改性，改性的方法包括掺杂和表面包覆等以改善正极材料的性能。

中国发明专利CN105118963A公开了一种锂离子电池透明正极材料及其制备方法。其结构由基板、基板上的电荷传输层和锂离子储存层组成。还公开了锂离子电池透明正极材料的制备方法，包括：采用纳米磁控溅射、电子束蒸发或脉冲激光沉积法在清洁处理后的基板上制备所述ITO或AZO电荷传输层；采用离子辅助磁控溅射、电子束蒸发或脉冲激光沉积法在电荷传输层上原位制备锂离子储存层LiV₃O₈。制备得到的锂离子电池透明正极材料在可见光波段的平均透过率在70～80％，采用该锂离子电池透明正极材料制备正极并进一步组装成锂离子电池，其充放电容量高，循环稳定性好，首次充放电比容量为300～350mAh/g，100次循环后容量仍然可以保持在80％以上，可应用于新型透明锂离子电池领域。但是，此方法制备的正极材料是LiV₃O₈透明正极材料，发明的材料和用途均具有局限性。

中国发明专利CN103956458A公开了锂离子电池复合正极及其制备方法与在全固态锂离子电池中的应用。本发明锂离子电池复合正极由正极活性物质、无机固态电解质和氧化导电添加剂组成；正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料中任一种；无机固态电解质为硼酸锂、偏硼酸锂和氟化锂中至少一种；氧化物导电添加剂为氧化铟锡、氧化铟、二氧化锡、氧化锌、氧化镍和四氧化三铁中任一种。该专利还公开了锂离子电池复合正极的制备方法，包括如下步骤：(1)将正极活性物质、无机固态电解质和氧化物导电添加剂混合后进行球磨，经烘干后压制成陶瓷片；(2)将陶瓷片烧结即得复合正极。其制备得到的复合正极具有良好的质量比容量、面积比容量和循环性能，可用于制备全固态锂离子电池，并且可以在高温下使用。但是，此方法制备的正极材料主要采用固相球磨法将粉末氧化铟锡混合加入正极材料中进行烧结，属于普通的掺杂范畴。