[发明专利]双层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍锂电池正极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池正极材料的技术领域，提供了一种双层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍锂电池正极材料及制备方法。该方法先通过水热反应原位生成钛酸锂对硼酸铁锂颗粒进行包覆，然后通过喷雾沉积在钛酸锂包覆硼酸铁锂颗粒表面形成焦磷酸镍层，进一步包覆一层有机硅聚合物保护膜，制得双层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍复合颗粒。与传统方法相比，本发明以钛酸锂和有机硅聚合物对硼酸铁锂/焦磷酸镍复合正极材料进行双层包覆，既克服了硼酸铁锂材料导电性差、与空气接触导致电化学性能快速下降的缺陷，又克服了焦磷酸镍材料体积变化大、循环稳定性差的缺陷。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料的技术领域，提供了一种双层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍锂电池正极材料及制备方法。

背景技术

锂电池是主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作的。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。因其上述特点，锂电池已广泛用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动车等众多民用及军事领域。

锂电池的正极材料一般选择电位较高，且在空气中相对稳定的嵌锂过渡金属氧化物、硼化物、硅化物、磷化物等。新型正极材料的研究和应用成为锂电池发展的重要课题。

硼酸铁锂是一种新型的具有实用前景的锂离子电池正极材料，其结构属于单斜晶系C2/c空间群，由于具有环境友好、成本低、比容量及能量密度高等优点吸引了人们的关注，但由于其表面对空气敏感及电导率低等缺点而限制了其发展。另外，焦磷酸盐化合物作为一种新型的聚阴离子型正极材料，具有三维的网络结构，表现出较好的结构稳定性，相对于传统磷酸盐类正极材料，焦磷酸盐可为锂离子提供可自由运动的二维隧道结构，因而具有良好的电化学性能，但焦磷酸镍材料体积变化大，影响了材料的循环稳定性。

可见，现有的用于锂电池正极材料的硼酸铁锂材料存在导电性差、与空气接触导致电化学性能快速下降的缺陷，而焦磷酸镍材料存在体积变化大、循环稳定性差的缺陷。

因此，采用硼酸铁锂/焦磷酸镍复合材料作为锂电池正极材料，并采用一定的技术手段克服二者的缺陷，具有重要的意义。

发明内容

本发明提出了一种双层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍锂电池正极材料及制备方法，既克服了硼酸铁锂材料导电性差、与空气接触导致电化学性能快速下降的缺陷，又克服了焦磷酸镍材料体积变化大、循环稳定性差的缺陷。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

双层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍锂电池正极材料的制备方法，所述锂电池正极材料制备的具体步骤如下：

（1）将纳米二氧化钛、纳米硼酸铁锂加入氢氧化锂的去离子水溶液中，超声分散10~20min，然后转移至水热反应釜中，加热进行反应，冷却后抽滤，先用无水乙醇洗涤2~3次，再用去离子水洗涤2~3次，然后在70~80℃下真空干燥15~20h，再进行研磨，制得钛酸锂包覆硼酸铁锂颗粒；

（2）将纳米焦磷酸镍加入去离子水中，超声分散20~30min，然后将分散液进行喷雾，在步骤（1）制得的钛酸锂包覆硼酸铁锂颗粒表面沉积一层焦磷酸镍，制得单层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍复合颗粒；

（3）将有机硅聚合物加入正己烷中，搅拌至完全溶解，然后加入步骤（2）制得的复合颗粒，搅拌混合均匀，再在80℃下加热除去溶剂正己烷，使有机硅聚合物包覆于复合颗粒表面，制得双层包覆硼酸铁锂/焦磷酸镍复合颗粒。

优选的，步骤（1）所述各原料的重量份为，纳米二氧化钛3~4重量份、纳米硼酸铁锂30~40重量份、氢氧化锂2.5~3重量份、去离子水53~64.5重量份。

优选的，步骤（1）所述水热反应的温度为160~170℃，时间为9~11h。