[發(fā)明專利]一種表面化學(xué)修飾的鋰電池正極材料及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810334090.6
• 申請日: 2018-04-14
• 公開（公告）號: CN108565425B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 班青;蓋利剛;馬曉娟;郭秀梅;邵明川
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟(jì)南竹森知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37270
• 代理人: 孫憲維

本發(fā)明涉及鋰電池正極材料的表面化學(xué)修飾，提供一種表面化學(xué)修飾的正極材料，其特征在于，正極材料顆粒表面覆蓋一層表面修飾層。所述表面化學(xué)修飾的正極材料，在1 C下循環(huán)100圈的放電比容量達(dá)到70~140 mA h g^?1，容量保持率為85~92%。還提供所述表面化學(xué)修飾的正極材料粉體的用途，用于鋰電池正極材料。本發(fā)明的表面化學(xué)修飾的正極材料，其顆粒表面具有常壓、室溫環(huán)境條件下、原位形成的聚合物修飾層，這有利于抑制電解液與活性物質(zhì)的直接接觸，提高正極材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池（簡稱鋰電池）正極材料的表面化學(xué)修飾，屬于鋰電池電極材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

正極材料（又稱為陰極材料）是鋰電池的重要組成部分，它決定著鋰電池的能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性和成本（Electrochimica Acta, 2016, 222, 685-692）。常見的鋰電池正極材料有：鈷酸鋰(LiCoO₂，簡寫為LCO)、錳酸鋰(LiMn₂O₄，簡寫為LMO)、磷酸鐵鋰(LiFePO₄，簡寫為LFP)和錳、鎳摻雜鈷酸鋰三元電極材料(LiNi_xMn_yCo_zO₂, x + y + z = 1)。上述正極材料在實(shí)際應(yīng)用過程中存在著兩種重要的問題：一是正極材料電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率低的問題；二是正極材料暴露于環(huán)境空氣中性能衰減的問題，即老化問題。

早在2008年就有科研工作者發(fā)現(xiàn)，正極材料（如LFP、碳包覆LFP (LFP/C)）暴露于空氣中或與水接觸，由于Li的親水性會導(dǎo)致正極材料脫鋰，從而導(dǎo)致其電化學(xué)性能衰減（Electrochemical and Solid-State Letters, 2008, 11, A4-A8; Journal of PowerSources, 2008, 185, 698-710; Electrochemical and Solid-State Letters, 2008,11, A12-A16.）。正極材料在稱量、分裝、取用及電極制作過程中會與環(huán)境空氣接觸，與空氣接觸后的正極材料經(jīng)歷長時(shí)間儲存（一月或數(shù)月）后，其電化學(xué)性能會明顯降低。

CN1617371A公開了一種表面修飾鋰離子電池正極材料及其制備方法，該方法首先是將鋰離子正極粉體材料Li－M₁M₂－O (M1、M2＝Co、Mn、Ni、Cr)放入濃度為0.05～2.00mol/L的含有機(jī)物質(zhì)的水溶液，將此混合物置于帶攪拌的水熱反應(yīng)器中，于150～200℃，經(jīng)0.1～4.0小時(shí)反應(yīng)，將反應(yīng)后溶液噴霧干燥，則可得到包覆有均勻碳微球的正極材料。

CN102544514A公開了一種表面碳修飾鋰離子電池正極材料及其制備方法，該制備方法首先是制得鋰離子電池正極材料LiMn_0.5Ni_1.5O₄，再用制得的LiMn_0.5Ni_1.5O₄與有機(jī)物溶液在80～100 °C的加熱條件下均勻攪拌并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)15～60分鐘，得到表面包覆有高分子的鋰離子電池正極材料，經(jīng)過過濾、洗滌和烘干，然后在惰性氣氛中于550~750 °C碳化，從而得到表面碳修飾的鋰離子電池正極材料。