[發(fā)明專利]雙層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳鋰電池正極材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811538699.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN109616655B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蔡杰
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
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本發(fā)明涉及鋰電池正極材料的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種雙層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳鋰電池正極材料及制備方法。該方法先通過(guò)水熱反應(yīng)原位生成鈦酸鋰對(duì)硼酸鐵鋰顆粒進(jìn)行包覆，然后通過(guò)噴霧沉積在鈦酸鋰包覆硼酸鐵鋰顆粒表面形成焦磷酸鎳層，進(jìn)一步包覆一層有機(jī)硅聚合物保護(hù)膜，制得雙層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳復(fù)合顆粒。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明以鈦酸鋰和有機(jī)硅聚合物對(duì)硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳復(fù)合正極材料進(jìn)行雙層包覆，既克服了硼酸鐵鋰材料導(dǎo)電性差、與空氣接觸導(dǎo)致電化學(xué)性能快速下降的缺陷，又克服了焦磷酸鎳材料體積變化大、循環(huán)穩(wěn)定性差的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池正極材料的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種雙層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳鋰電池正極材料及制備方法。

背景技術(shù)

鋰電池是主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動(dòng)來(lái)工作的。在充放電過(guò)程中，Li⁺在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li⁺從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。鋰電池具有以下特點(diǎn)：高電壓、高容量、低消耗、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)公害、體積小、內(nèi)阻小、自放電少、循環(huán)次數(shù)多。因其上述特點(diǎn)，鋰電池已廣泛用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)車等眾多民用及軍事領(lǐng)域。

鋰電池的正極材料一般選擇電位較高，且在空氣中相對(duì)穩(wěn)定的嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物、硼化物、硅化物、磷化物等。新型正極材料的研究和應(yīng)用成為鋰電池發(fā)展的重要課題。

硼酸鐵鋰是一種新型的具有實(shí)用前景的鋰離子電池正極材料，其結(jié)構(gòu)屬于單斜晶系C2/c空間群，由于具有環(huán)境友好、成本低、比容量及能量密度高等優(yōu)點(diǎn)吸引了人們的關(guān)注，但由于其表面對(duì)空氣敏感及電導(dǎo)率低等缺點(diǎn)而限制了其發(fā)展。另外，焦磷酸鹽化合物作為一種新型的聚陰離子型正極材料，具有三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，相對(duì)于傳統(tǒng)磷酸鹽類正極材料，焦磷酸鹽可為鋰離子提供可自由運(yùn)動(dòng)的二維隧道結(jié)構(gòu)，因而具有良好的電化學(xué)性能，但焦磷酸鎳材料體積變化大，影響了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

可見，現(xiàn)有的用于鋰電池正極材料的硼酸鐵鋰材料存在導(dǎo)電性差、與空氣接觸導(dǎo)致電化學(xué)性能快速下降的缺陷，而焦磷酸鎳材料存在體積變化大、循環(huán)穩(wěn)定性差的缺陷。

因此，采用硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳復(fù)合材料作為鋰電池正極材料，并采用一定的技術(shù)手段克服二者的缺陷，具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種雙層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳鋰電池正極材料及制備方法，既克服了硼酸鐵鋰材料導(dǎo)電性差、與空氣接觸導(dǎo)致電化學(xué)性能快速下降的缺陷，又克服了焦磷酸鎳材料體積變化大、循環(huán)穩(wěn)定性差的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的具體技術(shù)方案如下：

雙層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳鋰電池正極材料的制備方法，所述鋰電池正極材料制備的具體步驟如下：

（1）將納米二氧化鈦、納米硼酸鐵鋰加入氫氧化鋰的去離子水溶液中，超聲分散10~20min，然后轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，加熱進(jìn)行反應(yīng)，冷卻后抽濾，先用無(wú)水乙醇洗滌2~3次，再用去離子水洗滌2~3次，然后在70~80℃下真空干燥15~20h，再進(jìn)行研磨，制得鈦酸鋰包覆硼酸鐵鋰顆粒；

（2）將納米焦磷酸鎳加入去離子水中，超聲分散20~30min，然后將分散液進(jìn)行噴霧，在步驟（1）制得的鈦酸鋰包覆硼酸鐵鋰顆粒表面沉積一層焦磷酸鎳，制得單層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳復(fù)合顆粒；

（3）將有機(jī)硅聚合物加入正己烷中，攪拌至完全溶解，然后加入步驟（2）制得的復(fù)合顆粒，攪拌混合均勻，再在80℃下加熱除去溶劑正己烷，使有機(jī)硅聚合物包覆于復(fù)合顆粒表面，制得雙層包覆硼酸鐵鋰/焦磷酸鎳復(fù)合顆粒。

優(yōu)選的，步驟（1）所述各原料的重量份為，納米二氧化鈦3~4重量份、納米硼酸鐵鋰30~40重量份、氫氧化鋰2.5~3重量份、去離子水53~64.5重量份。

優(yōu)選的，步驟（1）所述水熱反應(yīng)的溫度為160~170℃，時(shí)間為9~11h。