[發明專利]一種改善三元素鋰離子電池正極材料低溫性能的方法

無效

• 申請號: 201210100670.1
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN102623706A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 康雪雅;竇俊青;吐爾迪·吾買爾;張璐;陳銘德;韓英
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/485
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所 65106
• 代理人: 張莉

技術領域：

本發明屬于電化學電源材料制備與改性技術領域，特別是涉及一種改善三元素鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(0＜x，y＜1)低溫性能的方法。在二次鋰離子電池和動力電池正極材料領域具有廣泛應用前景。

背景技術：

隨著信息技術的發展，電子儀器設備的小型化，以及新型電子儀器設備的不斷問世，使得對小型分立的可移動電源需求持續快速增長，對電池產業提出了更高的要求。具有體積小、能量密度高、使用壽命長等一系列優勢的鋰離子二次電池自其問世以來就一直受到世界各國的關注。與傳統的Ni/Cd、Ni/MH等可充電電池相比，其具有相當于Ni/Cd、Ni/MH電池3倍的工作電壓、Ni/Cd電池3倍，Ni/MH電池1.5倍的能量密度、較小的自放電速率、不含鉛鎘等有毒物質以及無記憶效應等優點。因此其廣泛的應用于便攜式移動工具、數碼產品、人造衛星、航空航天等領域中，且在電動自行車和汽車等領域中亦具有非常廣闊的前景。

目前，應用范圍最廣、商業化水平最高的鋰離子電池正極材料LiCoO₂，由于鈷資源有限而導致其電池成本過高，且鈷離子有毒、過充安全性能較差；LiNiO₂制備困難，容易生成非計量比產物，嚴重影響其電化學性能，且循環性能及熱穩定性均較差；層狀結構的LiMnO₂同樣具有制備困難、循環過程中結構不穩定的缺點；尖晶石結構的LiMn₂O₄表面容易發生歧化反應，而且表面粒子有可能過放電而發生Janh-Teller畸變，同時熱穩定性比較差。而層狀結構的三元素鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(1＜x，y＜1)由于較好的綜合了LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂等的優點，并在一定程度上彌補了各自的缺點而成為比較有發展潛力的鋰離子正極材料。

該系列材料相對于其它正極材料具有理論比容量高(＞200mAh/g)；合成方法簡單；平均放電平臺(～4.1V)高；電極可逆性好等一系列優點。但該材料在低溫(＜-20℃)下的性能較差，尚不能滿足商業化要求，且關于該系列材料低溫性能的研究亦相對較少。

發明內容：

本發明的目的在于，提供一種改善三元素鋰離子電池正極材料低溫性能的方法，該方法采用鋰離子快離子導體材料(Li₂O-mB₂O₃)對三元素鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(1＜x，y＜1)進行表面的修飾改性，從而可以非常有效的改善該系列材料的低溫性能。該方法具有熱處理溫度低、工藝路線簡單可靠、流程短、工藝參數容易控制等特點，具有工業化規模生產前景。

本發明所述的一種改善三元素鋰離子電池正極材料低溫性能的方法，通過對三元素鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂材料進行鋰離子快離子導體材料Li₂O-mB₂O₃的表面修飾改性，改善了三元素鋰離子電池正極材料的低溫性能，具體操作按下列步驟進行：

a、將含鋰和含硼化合物按Li∶B＝1∶0.5-3.0摩爾比加入到的溶劑中，并于溫度80℃，水浴條件下以80-200r/min的轉速攪拌；

b、按快離子導體材料Li₂O-mB₂O₃的質量分數1-8wt％稱取LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂材料粉末，緩慢的加入到步驟a得到的液體中，繼續保持水浴攪拌直至將所有溶劑蒸發完畢，得到混合材料；

c、將步驟b得到的混合材料于空氣或空氣與氧氣的混合氣體的條件下溫度350-600℃熱處理5-15h，即可得到快離子導體材料修飾的三元素鋰離子電池正極材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂。