[发明专利]一种快离子导体包覆的正极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种快离子导体包覆的正极材料、其制备方法及锂离子电池，所述的制备方法包括：将快离子导体包覆液喷入流化床反应装置，正极活性物质在流化床反应装置中与快离子导体包覆液混合包覆，得到包覆物料。本发明提出了一种流化床纳米包覆工艺，通过该方法制备得到的正极材料包覆层薄而均匀，厚度精准可控，可以降低电池在充放电过程中的电荷转移电阻，显著提高了正极材料的高倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种快离子导体包覆的正极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因高能量密度、高电压、长寿命、无记忆效应、无污染等特点被广泛应用于移动手机、数码相机、个人电脑等便携式电子产品市场，未来在动力电池和大型储能领域有很好的发展前景。

锂离子电池正极材料是制约锂电池容量和寿命的关键因素，因此对正极材料的研究具有重大意义。针对市场需求，锂离子电池正极材料主要采用掺杂、包覆、优化合成工艺等来提高性能。包覆技术是目前应用最广、效果最佳的方法之一，即通过在正极材料表面包覆一层氧化物或其它盐类物质来提高其比容量、循环性能和倍率性能等。通过表面包覆改性可以阻止正极材料与电解液的直接接触，抑制副反应的发生，提升正极材料的循环性能；其次，高电导率材料可以增加正极材料电子导电率或离子电导率，提升材料的倍率性能。目前常见的正极材料包覆剂多为金属氧化物，磷酸盐导电聚合物等，这些包覆剂离子传导能力弱，包覆在正极材料表面会影响电池的倍率性能。而且没有离子传导能力的包覆层不适用于固态电池体系，反而会增加正极材料与电解质之间的界面阻抗。

快离子导体在高能高密度电池、电化学贮能等领域具有广泛的应用前景。以钒酸锂为例，钒酸锂具有层状结构，比容量高，能有效提高三元材料的循环性能。但是，钒含有多种价态，难以确定所合成的成分，且容易包覆不均匀。所以采用钒酸锂对三元正极材料进行改性还需进一步完善。导电聚合物是由具有共扼π-π键的高分子经化学或电化学“掺杂”转变为导体的一类高分子，是二次电池的理想电极材料。以聚苯胺为例，其主链上含有交替的苯环和氮原子，具有易合成、易加工、导电性好等特点，在一定程度上，导电聚苯胺能提高三元正极材料的倍率性能。

CN108023077A公开了一种快离子导体包覆改性高镍正极材料及其制备方法，所述高镍正极材料包括：基材，所述基材为式I所示的化合物LiNi_1-x-yCo_xMn_yM_zO₂；式I中，0＜x≤0.20，0＜y≤0.20，0＜z≤0.1；所述M为Al、Mg、Ti、Zr、Mn、Ni、Sn、Co、Zn、W、Mo、Ru、Ca、Sr、Ba、B、Y、V、Nb元素中的任意一种或多种；所述制备方法包括如下步骤：将高镍正极材料水洗烘干，然后与适量包覆剂混合均匀，烧结过筛，得到快离子导体包覆改性高镍正极材料。

CN110690435A公开了一种快离子导体包覆的高镍三元正极材料及其制备方法，所述高镍三元正极材料为一次颗粒组成的球形或类球形二次颗粒，直径为1～30μm，化学式为LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂。制备方法包括：按比例称取合成快离子导体的原料，在溶剂中分散均匀，得到混合溶液；将高镍三元前驱体加入混合溶液中，再进行搅拌、干燥和研磨，得到快离子导体包覆的高镍三元前驱体粉末；将所得前驱体粉末与锂盐混合均匀，烧结后得到快离子导体包覆的高镍三元正极材料。

CN105938899A公开了一种快离子导体包覆改性锂离子电池正极材料的制备方法，将纳米级铝粉和正极材料球磨混合后，与含锂溶液在40℃～80℃温度下，搅拌反应，得到氢氧化铝胶体包覆正极材料前驱体；所述氢氧化铝胶体包覆正极材料前驱体在500℃～900℃温度下煅烧，即得。