[發明專利]對聚陰離子型鋰離子電池正極材料進行碳層可控包覆的方法

有效

• 申請號: 201310537745.7
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103618061A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 曹安民;萬立駿;池子翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/1397;H01M4/136
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種對聚陰離子型鋰離子電池正極材料進行碳層可控包覆方法。

背景技術

聚陰離子正極材料Li_xMXO₄（M代表過渡金屬元素，X代表磷、硅或硫，x為正數）作為一種新型的鋰離子電池正極材料，具有環境友好、成本低廉、安全性好、比容量高、循環穩定性好等優點，特別適合用于電動車、儲能電池等方面的動力電池應用。然而，由于這類材料自身的結構特性（一維Li⁺傳輸通道），其電子導電率和離子導電率低，使得在脫鋰和嵌鋰的過程中，電子不能及時的導入和導出，導致活性物質的利用率低，容量部分損失，難以滿足動力電池大倍率充放電的要求。通過包覆易導電物質來提高導電性、或合成具有納米尺寸顆粒的產品以縮短鋰離子擴散路徑是解決該村料電子導電率低和離子導電率低的主要方法，從而提高其倍率性能。

目前廣泛采用的碳包覆方法主要為添加一種含C的有機物，如葡萄糖，蔗糖，檸檬酸，乙二醇等，通過高溫碳熱分解進行碳包覆。然而，通過碳熱分解所包覆的碳層不很均一和連續，存在很多富碳區域（厚碳層）和貧碳區域（薄碳層），使得材料顆粒在各個方向的電子傳輸能力不均衡，因此在各個方向的電導率也不相同，容易產生極化現象。此外，通過該種方法進行包碳的反應條件比較苛刻，一般需要在高能球磨或高溫水熱反應的條件下進行，操作繁瑣，且反應溫度較高，不利于大規模應用。

中國專利200710011883.6中發明了一種氣相沉積法以對LiFePO₄進行可控碳層包覆。發明中采用乙炔或丙烯作為碳源氣體，通過改變化學氣相沉積過程的參數（沉積溫度，沉積時間，碳源氣體體積百分比）使得所包覆的碳層厚度控制在2-50nm。此方法對設備要求高，需要單獨置備乙炔或丙烯氣體以及相關配氣裝置，不利于在常規實驗室中操作。中國專利201010604083.7中發明了一種可控包覆FePO₄的方法，采用羥基苯甲酸作為有機碳源，通過改變羥基苯甲酸的用量來實現可控包覆。然而在此方法中，包覆反應需要在高溫加熱的條件下進行，且從專利所附的TEM圖看出，包覆效果依然不很理想，碳層不很均一連續。

發明內容

本發明的目的是提供一種對聚陰離子型鋰離子電池正極材料進行碳層可控包覆的方法。

本發明提供的對聚陰離子型鋰離子電池正極材料的表面進行碳層包覆的方法為方法a或b；

其中，方法a包括如下步驟：

1）將原料置于緩沖溶液中，再加入多巴胺鹽酸鹽固體粉末攪拌，收集沉淀，得到中間產物；

其中，所述原料為聚陰離子型鋰離子電池正極材料、前驅體I或前驅體II；

所述原料為正極材料時，所得中間產物記為中間產物a；

所述原料為前驅體I時，所得中間產物記為中間產物b；

所述原料為前驅體II時，所得中間產物記為中間產物c；

2）將步驟1）所得中間產物a進行煅燒，自然冷卻至室溫，完成所述碳層的包覆；或者，

將步驟1）所得中間產物b與含有鋰離子的化合物混合進行煅燒，自然冷卻至室溫，完成所述碳層的包覆；或者，

將步驟1）所得中間產物c、含有鋰離子的化合物及含鐵化合物混合進行煅燒，自然冷卻至室溫，完成所述碳層的包覆；

方法b包括如下步驟：

3）將原料置于緩沖溶液中，再加入多巴胺鹽酸鹽固體粉末攪拌，收集沉淀，得到中間產物；

其中，所述原料為聚陰離子型鋰離子電池正極材料、前驅體I或前驅體II；

所述原料為正極材料時，所得中間產物記為中間產物a；

所述原料為前驅體I時，所得中間產物記為中間產物b；

所述原料為前驅體II時，所得中間產物記為中間產物c；

4）將步驟3）所得中間產物置于緩沖溶液中，再加入多巴胺鹽酸鹽固體粉末攪拌，收集沉淀，得到二次中間產物；

其中，所述中間產物為中間產物a時，所得二次中間產物記為二次中間產物I；

所述中間產物為中間產物b時，所得二次中間產物記為二次中間產物II；

所述中間產物為中間產物c時，所得二次中間產物記為二次中間產物III；

5）將步驟4）所得二次中間產物I進行煅燒，自然冷卻至室溫，完成所述碳層的包覆；或者，

將步驟4）所得二次中間產物II與含有鋰離子的化合物混合進行煅燒，自然冷卻至室溫，完成所述碳層的包覆；或者，