[发明专利]快离子修饰硅酸盐型锂电池正极复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种快离子修饰硅酸盐型锂电池正极复合材料及制备方法，正极复合材料由硅酸盐活性材料Li₂Fe_xMn_1‑xSiO₄及包覆在其外表面的快离子导体层构成，所述硅酸盐活性材料与快离子导体层的质量比为1：(0.05‑0.3)。与现有技术相比，本发明的正极复合材料能大幅提高电池容量，而且其循环性能、倍率性能、过充性能及安全性能都得到很大改善；采用原位碳化复合和球磨/喷雾干燥制备的硅酸盐前驱体，可防止硅酸盐颗粒间的烧结和团聚，缩短锂离子的传输路径，在硅酸盐活性材料外表面包覆快离子导体层，内外相互扩散使其有机地连接起来，形成镶嵌型结构，避免了材料与电解液的直接接触，提升锂离子扩散能力，降低了材料与电解液间的界面电阻。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种快离子修饰硅酸盐型锂电池正极复合材料及其制备方法。

背景技术

自二十世纪七十年代初期提出可充放锂电池的概念，至锂离子电池自诞生并被商品化以来，由于其优越的性能，迅速成为先进能源、材料、及电化学等多学科的研究热点，并被广泛应用于笔记本电脑、手机、数码相机、mp3播放器等小型电子设备及医疗器械，作为驱动电源。

锂离子电池中正极材料是影响电池性能的关键因素，理想的锂离子电池正极材料应当具备高容量、高倍率、高循环性能，同时还应具备环境友好和成本低等优势，聚阴离子型材料由于其高的理论容量和突出的安全性等优点成为很有发展潜力的新一代锂离子电池正极材料，在诸多聚阴离子中硅酸根因其自然资源丰富和环境友好的特性而特别具有吸引力，固相法合成的正交结构的Li₂FeSiO₄材料为锂离子电池正极材料，在60℃充放电，可以得到大约140mAhg^-1的比容量，但合成材料晶粒大，分布不均，相不纯；通过改性溶胶凝胶法合成了正交结构的Li₂FeSiO₄，在C/30的小倍率充放电条件下首次放电过程实现每个化学式0.6个Li的可逆嵌入，但合成过程中容易出现杂质；固相法合成了Li₂VOSiO₄材料，并通过机械球磨法进行包碳处理，作为锂离子电池正极材料，在小电流充放电条件下得到100mAhg^-1可逆容量，但材料倍率性能欠佳。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种快离子修饰硅酸盐型锂电池正极复合材料及其制备方法，以解决提高充电截止电压从而提高材料的可逆容量，提高界面稳定性、材料导电性和材料快速充放电性能的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种快离子修饰硅酸盐型锂电池正极复合材料，关键在于：所述正极复合材料由硅酸盐活性材料及包覆在其外表面的快离子导体层构成，所述硅酸盐活性材料为Li₂Fe_xMn_1-x SiO₄，0.4＜x＜0.8；所述硅酸盐活性材料与快离子导体层的质量比为1：(0.05-0.3)。

优选的，所述快离子导体层的成分为Li₇La₃Zr₂O₁₂，快离子导体层厚度为50～1000nm。

优选的，所述硅酸盐活性材料与快离子导体层的质量比为1：0.12。

一种快离子修饰硅酸盐型锂电池正极复合材料的制备方法，关键在于按照以下步骤制备而成：

步骤一、将锂源化合物、锰源化合物、铁源化合盐、正硅酸四乙酯按摩尔比Li：Ca：Fe：Mn：SiO₄^2-＝2：x：(1-x)：1准确称重后，投入反应器中，然后加入催化剂，充分搅拌均匀，密封状态下在100-150℃反应18-36h，得到凝胶；