[發明專利]一種鋰離子電池層狀正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410316292.X
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104112853A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 孔繼周;周飛;王春雷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

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技術領域

本發明涉及鋰離子電池層狀正極材料制備領域，特別是涉及鋰離子電池層狀正極材料的表面包覆改性及其制備方法。

背景技術

由于鋰離子電池具有能量密度高、重量輕、無記憶效應、倍率性能好、循環壽命長等一系列突出優點，被公認為下一代電動汽車、混合動力電動汽車的理想能源。鋰離子電池的能量密度主要取決于正極材料的能量密度，所以，開發出高能量密度的正極材料成為人們關注的焦點。

對于鋰離子電池，由于正極材料與電解液發生反應（如氧化還原反應），會造成正極材料中的金屬元素溶解（如Mn）、固體電解質界面膜的增加等問題，從而導致電池的容量衰減，并導致安全性下降。因此，需要采用表面包覆等技術手段來改進鋰離子電池層狀正極材料的電化學性能?，F今的包覆方式大體可以分為兩種：干法包覆和濕法包覆。相比較來說，濕法包覆均勻，且得到的正極材料的電化學性能更優越。如中國發明專利申請“鋰離子電池正極材料及其制備方法”（公開號CN1627550）中使用濕法在鋰鈷氧、鋰鎳鈷氧、鋰鎳鈷錳氧、鋰錳氧材料表面包覆金屬Al、Mg、Zn、Ca、Ba、Ti、V、Sn或非金屬Si、B中某一種元素的氧化物來改善材料的循環性能、高溫穩定性、倍率性能和安全性能。

由于層狀過渡金屬二硫化物，如MoS₂,?SnS₂,?WS₂，ZrS₂等，具有石墨烯相同的結構，因此，他們被廣泛用作鋰離子電池負極材料。而層狀過渡金屬二硫化物的類石墨烯結構將有利于該材料中Li^+?嵌入/脫出。到目前為止，層狀過渡金屬二硫化物包覆改性鋰離子電池層狀正極材料的研究還未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種表面包覆改性鋰離子電池層狀正極材料及其制備方法，采用該方法包覆的正極材料表面包覆均勻、技術成熟可靠。

本發明所述的一種鋰離子電池層狀正極材料，是在層狀鋰電池正極材料的表面包覆MoS₂/WS₂薄膜。

該鋰離子電池層狀正極材料的制備方法有兩種，對于包覆MoS₂薄膜，其制備過程為：

1）將一定量的四硫代鉬酸銨加入到乙醇水溶液中，攪拌溶解；

2）再將鋰離子電池層狀正極材料加入到上述溶液中，在80~100℃條件下加熱攪拌，干燥后得到包覆后的前驅體；

3）將前驅體研磨后置于管式爐中，在一定氣氛下400~600℃溫度下退火處理2~5h，得到表面包覆0.5wt%~6wt%?MoS₂的目標產物。

上述步驟1)中所述的四硫代鉬酸銨與乙醇的摩爾比為?1:500~5000，乙醇水溶液中去離子水與乙醇的體積比為1:0.5~2。

上述步驟2)中所述的層狀正極材料包括：一元層狀正極材料如LiCoO₂；二元層狀正極材料如Li[Ni_0.5Mn_0.5]O₂；三元層狀正極材料如Li[Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3]O₂、Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂、Li_1.2[Mn_0.51Ni_0.19Co_0.1]O₂、Li_1.2[Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13]O₂。

上述步驟3)中所述的氣氛為Ar或N₂。

對于包覆WS₂薄膜，其制備過程為：

1）將一定量的四硫代鎢酸銨加入到乙醇水溶液中，攪拌溶解；

2）再將鋰離子電池層狀正極材料加入到上述溶液中，在80~100℃條件下加熱攪拌，干燥后得到包覆后的前驅體；

3）將前驅體研磨后置于管式爐中，在一定氣氛下400~600℃溫度下退火處理2~5h，得到表面包覆0.5wt%~6wt%?WS₂的目標產物。

上述步驟1)中所述的四硫代鎢酸銨與乙醇的摩爾比為1:500~5000，乙醇水溶液中去離子水與乙醇的體積比為1:0.5~2。