[發明專利]一種含硅鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410331600.6
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN105304890A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 李珊珊;劉亞飛;陳彥彬;李棟梁
• 申請（專利權）人: 北京當升材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及一種含硅鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池以其放電比容量高、安全性好、循環壽命長等優點，被廣泛應用于相機、手機等便攜式電子產品以及電動交通工具和大型動力電源等領域。鋰離子電池的性能主要取決于鋰離子電池的正極材料，目前正極材料主要有鈷酸鋰、鎳鈷錳或鎳鈷鋁三元材料、磷酸亞鐵鋰和錳酸鋰等，但是這幾種正極材料都有自身的缺陷，比如鈷酸鋰價格昂貴，耐過充性差，4.2V下的克容量發揮有限；鎳鈷錳或鎳鈷鋁三元材料存在壓實密度低、與電解液的兼容性差和容易脹氣等問題；錳酸鋰的高溫循環和高溫存儲性能不佳；磷酸鐵鋰則存在低溫性能差和產品一致性差等問題。為了解決這些問題，表面包覆技術是最為常用和認可的手段，表面包覆可以提高正極材料的表面結構穩定性，改善電池高電壓下的循環性能。國內外很多文獻和專利報道了采用Al₂O₃、AlPO₄、ZrO₂、TiO₂、B₂O₃等氧化物包覆正極材料的技術，雖然包覆后材料的循環性能有所改善，但實際上的改善效果是很有限的，還會降低正極材料的克容量和放電電壓平臺等。

因此需要一種正極材料，在保證其本身所具優勢條件下，獲得更好的循環、高溫存儲、低溫性能等。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種含硅鋰離子電池正極材料，該材料具有高放電容量、高放電電壓及高壓實密度。

本發明的另一目的是提供一種上述含硅鋰離子電池正極材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明公開了一種鋰離子電池正極材料，該鋰離子電池正極材料包括：復合氧化物顆粒內核和含有硅氧鍵的高分子聚合物包覆層。

上述的復合氧化物顆粒內核為至少包括鋰Li以及鎳Ni、鈷Co或錳Mn中一種或幾種的復合氧化物顆粒；并且該復合氧化物顆粒具有下列化學式表示的平均組成：

(化學式1)Li_dNi_aCo_bMn_cE_1-a-b-cO₂

其中，E表示選自Mn、Cr、Co、Ni、V、Ti、Al、Ga及Mg中的至少一種元素，a、b、c、d滿足下列關系：0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0.4≤d≤1.5。

優選的，上述的復合氧化物顆粒內核可以是單一或摻雜改性的鈷酸鋰、鎳鈷錳或鎳鈷鋁等三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、富鋰錳基等。

上述的含有硅氧鍵的高分子聚合物包覆層為硅酸鹽或改性硅酸鹽高分子聚合物中的一種或幾種；優選的，被設置于復合氧化物顆粒的表面的至少一部分上，具有由下列化學式表示的平均組成：

(化學式2)M_xO·ySiO₂·zH₂O

M表示選自Li、Na、K、Zn、Co、Ni、Mn、Al、Mg、Ca、Cu、Fe、B、Sn、Pb、Se、Te、Ti、Zr、Ba、Bi、Ge、Sc、鑭系或錒系元素中的一種或幾種，優選的，0.3≤x≤3，0.2≤y≤0.7。

上述的鋰離子電池正極材料，優選的，所述的含有硅氧鍵的無機高分子聚合物是指含有等硅氧鍵的硅酸鹽或改性硅酸鹽中的一種或幾種。

上述的含硅鋰離子電池正極材料，所述的包覆層中硅元素與復合氧化物顆粒內核的質量比為0.0001:1-0.5:1。

優選的，上述的含硅鋰離子電池正極材料，所述的包覆層中硅元素與復合氧化物顆粒內核的質量比為0.0009:1-0.3:1。

上述的鋰離子電池正極材料，優選的，所述的復合氧化物顆粒內核的D₅₀范圍為5.0μm~20μm。