[發明專利]一種超容量鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610280918.5
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105789596B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 潘鋒;段彥棟;張丙凱;鄭家新;胡江濤;劉同超;郭華;林原;李文;宋孝河;卓增慶;劉屹東
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕;彭家恩

本申請公開了一種超容量鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。本申請的超容量鋰離子電池正極材料，由含過渡金屬的鋰離子正極材料和包覆于鋰離子正極材料表面的碳組成，鋰離子正極材料表面的過渡金屬與碳通過X?C鍵配位，形成過渡金屬?X?C化學鍵，使碳穩定包覆于正極材料表面；其中C為SP3雜化和/或SP2雜化，X為N、O和S中的至少一種。本申請的超容量鋰離子電池正極材料，通過過渡金屬?X?C化學鍵連接鋰離子正極材料和碳，利用過渡金屬?X?C化學鍵對正極材料的表面的晶格邊界進行修復，使鋰離子正極材料和碳層之間的界面得以優化，形成可儲存Li的界面，從而增加正極材料克容量，為制備超容量鋰離子電池奠定了基礎。

技術領域

本申請涉及鋰離子電池正極材料領域，特別是涉及一種超容量的鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

迅速發展起來的二次電池工業，構成了新能源領域的重要部分。鋰離子電池自從開發成功以來便備受關注，特別是在諸如電動汽車、應急電力儲備、風電與太陽能發電的儲能設施以及車用輔助電源等設備中開始應用。鋰離子電池的性能很大程度上取決于其正極材料，鋰離子電池正極材料是影響電池容量的重要因素，也是高容量鋰離子電池發展的主要技術瓶頸。現有的鋰離子電池的正極材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiMn_xFe_yPO₄，LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂(0＜x＜1，0＜y＜1)和LiNi_0.5Mn_1.5O₄幾種。

目前鋰離子電池正極材料的一個重要發展和研究方向就是，正極材料的納米化，納米化正極材料可以提高電池的快速充放電能力。雖然，納米化的正極材料比表面積大，但是，在一般的情況下其表面界面不能儲鋰，反而導致納米化的正極材料具有比普通正極材料更低的容量，并且具有振實密度低等缺點。

此外，納米化正極材料的比表面積大，其表面的副反應也比較多。例如LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂+2HF+Li+e^-→Li_1-xMn_1/3Ni_1/3O₂+LiF+H₂O，生成聚碳酸酯、高分子碳氫化合物、NiO、MnCO₃、Li₂CO₃、Li_xPF_y、Li_xPF_yO_z、NiF₂、CoF₂、MnF₂等，這些絕緣產物會增加材料的表面阻抗，影響鋰離子的擴散。并且，由于晶格界面破壞，比表面積越大，晶格破壞面就越多，影響正極材料的電化學性能。目前在電動汽車里常用的LiFePO₄材料的本征的導電性性差，通常采用納米化，在納米正極材料表面進行碳包覆，碳包覆的好處是，可以提高正極材料的導電性，加快電子傳輸，促進Li⁺擴散，特別是在高充放電倍率下能夠大大降低其自身結構在較大鋰離子通量下被破壞的可能性。但是，現有的碳包覆處理方法和復合正極材料，還是沒有從根本上解決晶格界面破壞的問題。

發明內容

本申請的目的是提供一種新的超容量的鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。

本申請采用了以下技術方案：