[發明專利]一種復合鋰離子電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910040204.0
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109817913A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 陳偉;王海文;范進雷
• 申請（專利權）人: 江西中汽瑞華新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明公開了一種復合鋰離子電池正極材料，包括第一顆粒和第二顆粒中的一種或兩種，其中第一顆粒包括芯部和外殼以及填充于芯部和外殼間的夾層，芯部由LiFeBO₃形成，夾層由無定形碳形成，外殼由Li₅FeO₄形成；所述第二顆粒由若干第一顆粒燒結形成。本發明制備的正極材料包括第一顆粒和第二顆粒中，其中第一顆粒包括芯部和外殼以及填充于芯部和外殼間的夾層，芯部由LiFeBO₃形成，夾層由無定形碳形成，外殼由Li₅FeO₄形成，第二顆粒由若干第一顆粒燒結形成，形成的三層包覆結構有利于電極材料與電解液的接觸，有利于消除或緩解材料表面的“空氣敏感效應”、鋰離子的脫嵌，材料的電子電導率提高，從而可顯著提高LiFeBO₃的倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池制備領域，涉及一種復合鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子二次電池近年來已在各種便攜式電子產品和通訊工具中得到廣泛應用，并被逐步開發為電動汽車的動力電源。此中，新型電極材料特別是正極材料的研制至為關鍵。

鋰離子電池正極材料中，聚陰離子型化合物(XO_m)^n-(X＝P、B、S等)具有結構穩定、安全性能好等優點而成為正極材料的研究熱點。在聚陰離子型化合物(XO_m)^n-(X＝P、B、S等)中，硼酸鹽LiMBO₃(M＝Fe、Mn、V)作為正極材料具有比磷酸鹽材料更高的比容量(220～230mAh/g)，并且三角面BO₃^3-的存在使得材料在電化學氧化還原過程中只需較低的活化能。LiMBO₃(M＝Fe、Mn、V)具有的上述優勢被認為是新型的、具有潛在競爭力的正極材料，尤其是LiFeBO₃正極材料，其比容量高達220mAh/g，平均工作電壓平臺3.2V，因而LiFeBO₃受到廣泛關注。

與磷酸鐵鋰相比，硼酸鐵鋰的優勢在于：更高的比容量(約220mAh/g)，更好的導電性(電導率約3.9×10^-7S/cm)，極小的體積變化率(約2％)。這一材料可作為LiFePO₄(磷酸鐵鋰)的替代材料。從結構上來說，BO₃^3-比PO₄^3-的摩爾質量小得多(58.8<95)，且硼酸鐵鋰的結構能夠同時提供鋰離子導電和電子導電。但是這種材料有一致命的缺陷，就是對水和氧氣都比較敏感，常溫下接觸少量空氣就會在LiFeBO₃表面發生“空氣敏感效應”產生缺鋰相，從而在材料表面生成雜質，使得這個材料的比容量迅速降至70mAh/g，對其商業化應用前景帶來很大的障礙；此外，LiFeBO₃材料電子電導率較低導致其倍率性能差，這是由于其較低的電導率導致其在充放電過程中無法實現電子和離子的協同輸運。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合鋰離子電池正極材料及其制備方法，制備的正極材料包括第一顆粒和第二顆粒中，其中第一顆粒包括芯部和外殼以及填充于芯部和外殼間的夾層，芯部由LiFeBO₃形成，夾層由無定形碳形成，外殼由Li₅FeO₄形成，第二顆粒由若干第一顆粒燒結形成，形成的三層包覆結構有利于電極材料與電解液的接觸，有利于鋰離子的脫嵌，材料的電子電導率提高，從而可顯著提高LiFeBO₃的倍率性能和循環性能。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：