[發明專利]鈣鈦礦型快離子導體對鋰離子電池正極材料改性的方法

有效

• 申請號: 201410236288.2
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103996824B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 彭文;李縝;方建華;汪濤
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰離子動力電池正極材料領域，具體是涉及一種鈣鈦礦型快離子導體對鋰離子電池正極材料改性的方法。

背景技術

汽車尾氣已經成為目前國內霧霾天氣形成的主要污染來源之一，環境壓力使得新能源汽車愈發具有廣闊市場，而隨之也帶來了對下游產品--鋰離子動力電池更高能量密度，更長使用壽命的社會要求。LiNi_0.5Mn_1.5O₄鎳錳材料在高電位值時的材料能量密度可高達650wh/kg，比目前商品化的其他動力電池，如磷酸鐵鋰，三元材料分別高約20%和10%左右。但這類鎳錳材料目前存在的較大問題是其自身的高電壓致使電解液的分解，從而對其循環性能造成較大影響，改善這一問題，最直接的手段就是對正極材料進行表面包覆改性。

目前人們已經對其進行了各種材料的包覆探索，包覆材料也一般集中在一些無機氧化物或復合氧化物上，包覆方法也一般采用固相法或溶膠凝膠法。如專利CN102569789A公布了一種以摻雜AlPO₄為包覆層的對正極材料表面改性方法，專利CN102005563A公布了一種以固相燒結的方法在鎳錳正極材料表面生長一層Al₂O₃包覆層的方法來提高材料電化學性能。

這些包覆手段均能對材料性能起到一定的改善作用，但也存在以下兩方面的問題：

1）、包覆材料本身的離子導電性較弱，因此對Li離子的傳輸會產生一定程度的影響。

2）、包覆材料在正極材料表面的包覆效率受包覆方法的限制，容易產生包覆不均，包覆致密度不夠而造成較大接觸電阻等問題。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是提供一種鈣鈦礦型快離子導體對鋰離子電池正極材料改性的方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種鈣鈦礦型快離子導體對鋰離子電池正極材料改性的方法，包括水熱合成法，具體步驟如下：

①、將鋰離子電池正極材料分散到礦化劑溶液中配制成濃度為1～3g/ml的溶液；

②、將稀土源、鋰源和鈦源加入步驟①所得溶液中，攪拌混合均勻，其中，稀土源、鋰源、鈦源和鋰離子電池正極材料的摩爾比為0.5～0.9：0.1～0.5：1：30～100；

③、將步驟②所得物料轉移至反應設備中，于180～240℃下反應1～3天，過濾、水洗、干燥，實現在鋰離子電池正極材料表面生成鈣鈦礦型快離子導體包覆層。

進一步的，所述步驟①中鋰離子電池正極材料的分子式為LiNi_0.5Mn_1.5O_4?。

優選的，所述步驟①中礦化劑溶液為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，濃度為0.1～1M。

優選的，所述步驟③中鈣鈦礦型快離子導體包覆層的分子式為R_xLi_yTiO3，其中R為稀土元素La、Pr和Nd中的一種或多種的組合，x+y≤1；所述鈣鈦礦型快離子導體包覆層的質量比例為鋰離子電池正極材料的0.5～3%。

優選的，所述步驟②中稀土源為硝酸鹽R(NO₃)₃·6H₂O、氯化鹽RCl₃·7H₂O或氧化物R₂O_3?,鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、硫酸鋰、醋酸鋰或磷酸二氫鋰，鈦源為四氯化鈦、二氧化鈦、硫酸鈦或鈦酸四丁酯。

優選的，所述步驟②中鈦源是通過滴加方式加入的，滴加速度為10～20滴/min，滴加后攪拌2～3h。

優選的，所述步驟③中升溫速度為20～30℃/min，降溫速度為5～10℃/min。

本發明的鈣鈦礦型快離子導體對鋰離子電池正極材料改性的方法，其有益效果表現在：

1）、該方法能實現包覆材料在正極材料表面的有效包覆，包覆層均勻，包覆致密度結合度較高，加上所形成的快離子導體離子導電性較好，能夠有效地提升材料放電比容量，尤其是其循環性能。

2）、通過采用鈣鈦礦型快離子導體材料對正極材料進行包覆，該鈣鈦礦型快離子導體包覆層，本身可用作固體電解液，具備較好的離子導電性，利于鋰離子的傳輸，同時也抑制了正極材料和電解液的接觸面積，能較大程度地提高材料的容量、倍率性能及循環穩定性。