[發(fā)明專利]鋰電池正極材料超薄TiO2包覆層、鋰電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510030005.3
• 申請日: 2015-01-21
• 公開（公告）號: CN104617267B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龐勝利;沈湘黔;李劍晨;習(xí)小明;周友元
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/04
• 代理公司: 長沙朕揚(yáng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)43213
• 代理人: 楊斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料改性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池正極材料包覆層、鋰電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有比容量高、工作電壓高、應(yīng)用溫度范圍寬、自放電率低、循環(huán)壽命長、無污染、安全性能好等獨(dú)特的優(yōu)勢。近年來，鋰離子電池的使用范圍也從小型的電子設(shè)備逐步擴(kuò)展開來，這包括混合動力汽車(HEV)、電動汽車(EV)、智能電網(wǎng)儲能、新能源(風(fēng)力、太陽能等)發(fā)電儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用。這些領(lǐng)域的應(yīng)用在擴(kuò)展了鋰離子電池市場范圍的同時，也對鋰離子電池材料的性能提出了更高的要求。

鋰離子電池正極材料是制約其性能和成本的關(guān)鍵因素之一。現(xiàn)有鋰離子電池正極材料各具優(yōu)點(diǎn)，但也存在諸多問題,如高溫性能不佳、充放電過程中晶格氧的釋放、與電解液的副反應(yīng)等。對鋰離子電池正極材料進(jìn)行表面包覆是最有效的改性方法之一，如Sun[Yang-Kook?Sun,Min-Joon?Lee,Chong?S.Yoon,Jusef?Hassoun,Khalil?Amine,and?Bruno?Scrosati,The?Role?of?AlF₃?Coatings?in?Improving?Electrochemical?Cycling?of?Li-Enriched?Nickel-Manganese?Oxide?Electrodes?for?Li-Ion?Batteries.Adv.Mater.2012,24:1192–1196]等人用AlF₃對富鋰材料進(jìn)行表面包覆改性，結(jié)果表明，包覆層可有效抑制活性物質(zhì)與電解液的不良反應(yīng)，材料循環(huán)性能得到明顯改善。然而，傳統(tǒng)的包覆方法為了實現(xiàn)對材料表面的全包覆，厚度往往大于30nm。較厚的包覆層不利于鋰離子在材料表面的脫嵌過程，導(dǎo)致材料倍率性能的下降。最近，Chen[Yanping?Chen,Yun?Zhang,Baojun?Chen,Zongyi?Wang,Chao?Lu,An?approach?to?application?for?LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂cathode?material?at?high?cutoff?voltage?by?TiO₂coating.J.Power?Sources2014,256:20-27]等人采用水解法在正極材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂表面制備了TiO₂包覆層，發(fā)現(xiàn)其可以顯著提升材料的放電容量、循環(huán)性能和倍率性能。然而，現(xiàn)有的包覆方法也存在一定的不足，如Chen等人通過往鈦鹽的乙醇溶液中加水的方法實現(xiàn)鈦鹽的水解，進(jìn)而對正極材料進(jìn)行包覆，反應(yīng)過程不易控制，不利于形成均勻致密的超薄包覆層，難以應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種有利于降低鋰離子在正極材料表面脫出和嵌入過程的極化電阻、提高材料的倍率性能、且均勻致密的鋰電池正極材料超薄TiO₂包覆層，還提供一種可有效抑制鋰離子電池正極材料活性物質(zhì)與電解液間副反應(yīng)、且倍率性能高、循環(huán)性能好的鋰電池正極材料，還相應(yīng)提供一種可降低材料使用量、節(jié)約成本、工藝簡單、產(chǎn)品品質(zhì)好的鋰電池正極材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種鋰電池正極材料超薄TiO₂包覆層，所述超薄TiO₂包覆層的成分主要為TiO₂；且所述超薄TiO₂包覆層均勻致密，其厚度為0.5nm～20nm。

作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種鋰電池正極材料，其為核殼型包覆結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)核正極活性物質(zhì)和內(nèi)核正極活性物質(zhì)外包覆的包覆層，所述包覆層為上述本發(fā)明的超薄TiO₂包覆層；所述超薄TiO₂包覆層中Ti與內(nèi)核正極活性物質(zhì)中過渡金屬元素的摩爾比為0.01％～3％。