[發明專利]一種鋰離子電池、改性鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711037088.4
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107785555A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 李箐;陳仙;王譚源
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 曹葆青,李智

技術領域

本發明屬于正極材料相關技術領域，更具體地，涉及一種鋰離子電池、改性鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

可充電鋰離子電池作為一種新型的綠色環保電源，因其能量密度大、自放電量小、無記憶效應等優點被廣泛地應用于手機、相機、電腦等便攜設備和電動自行車、電動汽車等交通工具中。而正極材料作為鋰離子電池中的核心組成部分，極大地影響了鋰離子電池的性能。

目前，應用較多的鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料。這些材料在充放電和擱置的過程中，與電解液接觸界面處于熱力學不穩定狀態，會與電解液發生一系列副反應，伴隨著金屬離子的溶出和SEI(solid electrolyte interface)膜的形成，且隨著循環圈數的增加，SEI膜會逐漸增厚，這不僅消耗了活性材料，還增加了表面阻抗，導致倍率性能和安全性能下降。現階段為了解決該問題，常用的改性手段為表面包覆，包覆的一般思路是在活性物質表面引入一層物質，該物質可以起到阻隔電解液和活性物質的直接接觸，從而減緩副反應的發生來穩定結構的作用。常用的包覆材料為金屬氧化物如：Al2O3、MgO、SiO2、TiO2等，但這些金屬氧化電導率較低，不利于鋰離子及電子的快速傳輸，從而使材料的倍率性能有所下降；另一方面，有些采用導電性較好的碳包覆，其包覆所需的高溫惰性氣體下碳化的條件不利于三元材料的結構穩定性，在合成過程中晶格脫氧從而導致結構的破壞。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種改性鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池，其基于現有鋰離子電池的工作特點，研究及設計了一種能夠提高倍率性能和循環穩定性的改性鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池。本發明將合成的三元正極材料與含氮有機物混合后，在預定氛圍下煅燒以得到改性鋰離子電池正極材料，本發明得到的包覆層導電性能好，且包覆材料能在合成過程中與三元活性物質表面發生作用，從而對材料表面化學環境進行改性，減少了表面殘鋰，穩定材料結構，提高表面導電性，從而達到同時提升材料倍率性能和循環穩定性的效果。該發明選用的包覆材料取材廣泛，包覆過程工藝簡單，對設備要求低，制備工程易控，污染小，有良好的工業應用前景。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種改性鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

將三元正極材料與含氮有機物混合后，在預定氛圍和溫度下煅燒以得到改性鋰離子電池正極材料。

進一步地，所述三元正極材料的制備包括以下步驟：將三元前驅體Ni_xCo_yMn1_-x-y(OH)₂和鋰鹽按照預定比例混合后進行球磨，接著在850℃下進行焙燒以得到三元正極材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中0≤x≤1，0≤y≤1。

進一步地，所述預定比例為nNi:nLi＝1:(1～1.2)。4.如權利要求2所述的改性鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：所述的鋰鹽為碳酸鋰、一水合氫氧化鋰、草酸鋰、醋酸鋰、氯化鋰或者硫酸鋰中的一種或者幾種。

進一步地，所述三元前驅體與所述鋰鹽球磨時采用的球磨介質為聚胺酯球、氧化鋯球、瑪瑙球、氧化鋁球及不銹鋼球中的一種或幾種。

進一步地，在850℃下焙燒的時間為5小時～12小時。

進一步地，所述三元正極材料與所述含氮有機物是采用球磨干混或者溶液濕混的方式進行混合的；所述含氮有機物的重量百分比為1％～10％。

進一步地，所述含氮有機物為氰胺、三聚氰胺、殼聚糖及尿素中的一種或幾種；所述預定氛圍為空氣、氧氣、氮氣、氬氣及氬氫混合氣中的任一種；煅燒時間為0.5小時～3小時。

按照本發明的另一個方面，提供了一種改性鋰離子正極材料，，其特征在于：所述改性鋰離子電池正極材料是由如上所述的改性鋰離子電池正極材料的制備方法制備的。

本發明還提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極材料為如上所述的改性鋰離子電池正極材料。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，本發明提供的改性鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池主要具有以下有益效果：