[發明專利]鋰離子電池用硅酸鹽正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910303340.0
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN101635345A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 岳敏;賀雪琴;程林;梁奇
• 申請（專利權）人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/36
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司
• 代理人: 孫 皓;林 虹

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池用正極材料及其制備方法，特別是一種硅酸鹽正極材料及其制備方法。

背景技術

能源問題日益凸顯和環境問題不斷惡化，促使各國政府不斷致力于新能源的開發。鋰離子電池為最有前景的新能源之一，不僅具有能量密度高、循環壽命長的優勢，并且對環境友好，為清潔型能源，特別其可用于動力電池，作汽車以及各種電動工具的動力之源。已應用于動力電池的正極材料，包括層狀過渡金屬氧化物LiMO₂、橄欖石型磷酸鐵鋰LiFePO₄和尖晶石型錳酸鋰LiMn₂O₄。上述三種材料分別存在不同缺陷：①層狀過度金屬氧化物耐過充性能差；②橄欖石型磷酸鐵鋰的電壓平臺較低、能量密度較小、導電性較差；③尖晶石型錳酸鋰高溫性能差。用于克服正極材料的主要缺陷的方法一般通過摻雜或者包覆的方法，通過改性可改善材料的固有缺陷如：①通過摻入或包覆不同形式的碳可以提高橄欖石型磷酸鐵鋰的導電性，體相摻雜鎂、鋁等元素提高材料的振實密度；②摻雜鋁、鈷等元素可提高尖晶石型錳酸鋰的高溫循環性能；③通過包覆氧化鋁或氧化鈦等金屬氧化物可改善層狀金屬氧化物的過充性能和熱穩定性，決定改性，摻雜和包覆效果的主要因素是包覆劑和摻雜劑在基體材料中分散的均勻性。

被認為最有前景的硅酸鹽正極材料雖然具有理論容量高、成本低廉、安全的優點。但硅酸鹽正極材料同樣存在導電性差的問題，難以進行大倍率充放電，從現有的研究成果看，研究者基本上是采用固相的方法在材料的表面摻雜不同形式的碳以提高其材料的導電性，采用固相的方法，改性劑分散的均勻性難以保證。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池用硅酸鹽正極材料及其制備方法，要解決的技術問題是提高硅酸鹽正極材料的材料密度、循環壽命和導電性能。

本發明采用以下技術方案：一種鋰離子電池用硅酸鹽正極材料，所述鋰離子電池用硅酸鹽正極材料的通式為Li₂MSiO₄/D，其中Li₂MSiO₄為硅酸鹽正極材料活性物質，D為改性劑，占Li₂MSiO₄質量的0.1％～10％，改性劑包覆在Li₂MSiO₄表面，形成具有核殼結構的復合正極材料，其中核的平均粒徑為0.1～100μm，殼層的厚度為0.5～100nm；所述復合正極材料具有球形、長短軸為5～30的近似球形、菱形、錐形、片狀、層狀或塊狀的微觀特征，其平均粒徑為0.1～100μm，比表面積為0.2～10m²/g；所述改性劑為Ti、Zr、Al、Mg、Mn、Co、Zn或Cu的金屬氧化物、或碳單質；所述M為過渡金屬Co、Mn、Ni、Fe、V和Ti中的一種以上。

本發明的碳單質的形式為碳納米管、乙炔黑、納米碳纖維、石墨和無定形碳中的一種以上；碳單質采用碳或由碳源化合物分解生成，碳源化合物為呋喃樹脂、脲醛樹脂、密胺樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡膠，纖維素、葡萄糖、煤瀝青和石油瀝青中的一種以上；所述Ti、Zr、Al、Mg、Mn、Co、Zn或Cu的金屬氧化物由金屬的化合物分解制得，或直接由金屬氧化物納米化后獲得；所述金屬的化合物為：鈦酸四丁酯、二異硬脂酰基鈦酸乙二酯、羥基二乳酸合鈦、三異硬酯酰基鈦酸異丙酯、鈦酸四異丙酯、乙酰丙酮鈦、鋯酸酯、異丙醇鋁、二硬脂酸羥基鋁、二異丁基氫化鋁、二甲酸鋁、二乙酸鋁、環烷酸鋁、三甲酸鋁、乙酸鋁、一乙酸鋁、乙酰丙酮鋁、硬酯酸鋁、油酸鋁、硝酸鋁、乙酸鎂、硝酸鎂、乙醇鎂、硬酯酸鎂、硝酸錳、乙酸猛、乙酸鈷、硝酸鈷、環烷酸鋅、乳酸鋅、環烷酸銅或硝酸銅；所述金屬氧化物為：氧化鋁、氧化鎂、氧化鈷、氧化銅、氧化亞銅、氧化鋯、氧化鈦、氧化錳或氧化鋅。