[發明專利]一種鋰離子電池電極材料的表面包覆方法

有效

• 申請號: 201310639258.1
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103682244A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 張春明;黃昭;王丹;吳曉燕;嚴鵬;何丹農
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/139;H01M4/62
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池電極材料的表面包覆方法，具體涉及一種以偏鈦酸鋰對鋰離子二次電池電極材料的表面包覆方式。

背景技術

鋰離子電池作為目前市場份額最大的一種儲能設備，已經陪伴人類走過了近二十多年。它的優點是能量密度高（可達460-600?Wh/kg)、使用壽命長（可達6年以上）、性能穩定等，但為了能應用于更多領域，例如動力設備，鋰離子電池仍有許多技術有待研究和改進。決定鋰離子電池性能的關鍵因素是其電極材料，目前較多使用的正極材料是鈷酸鋰（LiCoO₂）、錳酸鋰（LiMn₂O₄）、磷酸鐵鋰（LiFePO₄）等，較多使用的負極材料是碳、石墨、鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）等。在這些電極材料中，許多電極材料都存在導電性差的缺陷，尤其是材料的鋰離子導電率低是多數電極材料都擁有的一大問題，它嚴重影響了電極材料在高倍率下的電化學性能，例如LiMn₂O₄，LiFePO₄，Li₄Ti₅O₁₂。

為了能夠克服這一缺陷，研究者們進行了許多研究，運用了一系列的改進方式，包括顆粒納米化、離子摻雜、表面包覆等。其中，表面包覆通過在絕緣或低導電性的電極材料表面包覆一層導電物質，實現電極材料導電性的提升。目前較多使用的表面包覆物質是碳，例如原位碳包覆、碳納米管包覆、碳核殼結構包覆等。但是這類包覆方式僅僅只是通過提升電極材料的電子導電性且并未改善材料的內部導電性，因此其性能改進并不顯著。

本發明提供一種以偏鈦酸鋰（Li₂TiO₃)包覆鋰離子電池電極材料表面的方法，在表面形成一層Li₂TiO₃，提高電極材料的離子導電率從而實現電極材料在高倍率下的充放電容量和循環穩定性的提升。

發明內容

本發明的目的在于采用一種新材料——L_i2TiO₃對導電性差的電極材料進行表面包覆，旨在提高電極材料的離子導電性，從而使電極材料在高倍率下的電化學性能得到顯著提高。

一種鋰離子電池電極材料的表面包覆方法，其特征在于，以電極材料粉體為凝結核，將鈦鹽緩慢水解生成TiO₂·H₂O在電極材料顆粒表面，同時加入適量的可溶性鋰鹽，再經煅燒后在其表面生成一層Li₂TiO₃形成表面包覆結構；該工藝包括如下步驟：

（1）將無水乙醇和去離子水以1:0～0.5混合形成溶液500毫升，將電極材料粉末投入該溶液中，用磁力攪拌器攪拌約1小時，得到混合液A；

（2）在混合液A中，按照質量比Li+Ti：電極材料=1：10～40，摩爾比Li：Ti=2～3:1，加入鋰和鈦的微溶或可溶性化合物，并加入酸為鈦鹽的水解抑制劑，同時磁力攪拌3～5小時，得到混合液B；

（3）取螯合劑加入到混合液B中，添加氨水調節pH值到7.0，然后在40～80℃的溫度下恒溫加熱，直至得到凝膠態的前驅體；

（4）將前驅體放入烘箱，在120～240℃溫度下烘干，將所得固體以研缽研磨至粉體；

（5）將（4）中所得的粉體放入馬弗爐中，在空氣條件下煅燒5～15?小時，升溫速率為1～15℃/min，加熱范圍為600～1300℃，得到以Li₂TiO₃表面包覆的電極材料。

所述的電極材料為鋰離子電池的正極，或負極材料，為錳酸鋰（LiMn₂O₄）、磷酸鐵鋰（LiFePO₄）、磷酸錳鋰（LiMnPO₄）、鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）、磷酸鎳鋰（LiNiPO₄）、磷酸鈷鋰（LiCoPO₄）、三元材料（LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂）、二氧化鈦（TiO₂）中的一種；電極材料粉體的粒徑為10～500?nm，電極材料在乙醇/水溶液中的濃度為20～100?g/500?mL。