[发明专利]含氮化合物对正极材料改性方法及在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种含氮化合物对正极材料改性方法及在锂离子电池中的应用，首先将富锂正极材料与尿素通过干法或者湿法按比例混合均匀；然后将正极材料与尿素的混合物加热到一定温度使尿素发生热分解，进而完成对正极材料的修饰改性。本发明解决正极材料尤其是富锂层状过渡金属氧化物倍率性能低、循环寿命差等实际问题。

技术领域

本发明涉及二次电池正极材料领域，更具体地说，涉及一种含氮化合 物对正极材料改性方法及在锂离子电池中的应用。

背景技术

二次电池尤其是锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、安全性能 好等优点，自20世纪90年代问世以来，被广泛应用于各种便携式电子设 备、电动汽车上。无论是电动汽车还是储能系统，一个重要的要求是需要 电池能够提供更大的功率，进行更快的充电并且具有优异的循环稳定性， 这些要求的实现需要电池材料的突破。

正极材料是锂离子电池的关键部件，直接决定着金属离子电池的能力 密度、倍率性能以及循环寿命。目前常用的锂离子电池正极材料主要有层 状过渡金属氧化物、尖晶石型过渡金属氧化物、橄榄石型磷酸盐。其中层 状过渡金属氧化物如LiCoO₂、LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂制备简单且具有较高的能力 密度，下一代富锂层状金属氧化物具有更高的容量优势。如专利 CN104218238A所公开的Li_1.5Ni_0.25-xMn_0.75-xM2xO_2.5(0.003≤x≤0.02，M为钴 或铬)容量可高达250毫安时每克。然而由于电极材料与电解液的界面反 应以及锂离子在嵌入脱出过程中造成的应力，层状过渡金属氧化存在严重 循环稳定性和倍率性能的问题(JamesA.Gilbert,et al,Journal of The Electrochemical Society.2017，164：389-399；FengLin,et al,Nature Communications.2014，5：3529)。富锂锰基材料由于涉及到阴离子氧化还原，动力学以及循环稳定性问题更加严重。

为了克服这些问题，现阶段也有研究尝试对正极材料进行不同方法的 掺杂和包覆，以达到电子或离子电导率，增强结构和界面稳定性的作用。 如专利CN103078104B所公开的一种La³⁺，Al³⁺，Fe³⁺，F^-共掺杂复合富锂正 极材料及制备方法，及专利CN109119624A所公开的一种磷酸钛锂包覆富锂 锰基正极材料的制备方法。然而这些手段往往复杂，显著增加了合成难度 和成本，并且往往只能解决单一问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种含氮化合 物对正极材料改性方法及在锂离子电池中的应用，解决正极材料尤其是富 锂层状过渡金属氧化物倍率性能低、循环寿命差等实际问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明一方面，提供一种含氮化合物对正极材料改性方法，包括 以下步骤：

1)将正极材料与含氮化合物按质量比1：(0.1～1)充分混合；

2)将步骤1)所得混合物置于空气或者惰性气氛下进行热处理；

3)得到处理改性后的正极材料。

所述混合的方式为将正极材料粉末与含氮化合物按质量比1：(0.1～ 1)进行研磨、球磨或机械混合。

所述混合的方式为将正极材料粉末与含氮化合物按质量比1：(0.1～ 1)分散在溶剂中混合。

所述溶剂为水、乙醇或丙酮，将混合液搅拌至干。