[發明專利]一種均勻包覆金屬氧化物到鋰電池正極材料表面的制備方法

有效

• 申請號: 202110488162.4
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113410438B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 閆鵬飛;李金輝;秦昌東;張正鋒;隋曼齡
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種均勻包覆金屬氧化物到鋰電池正極材料表面的方法，其原理是：在高溫退火過程中，摻雜元素從正極材料顆粒表面析出富集，形成均勻的包覆層。以TiO₂包覆LiCoO₂表面為例，其步驟如下：步驟一：將LiOH·H₂O、Co₃O₄、納米TiO₂按照Li、Co、Ti摩爾比1.03?1.07∶1?x∶x(其中x取0.001?0.1)混合后煅燒；步驟二：將步驟一中煅燒完成的物料破碎，得到Ti摻雜的LiCoO₂粉末；步驟三：將步驟二中制得的Ti摻雜的LiCoO₂粉末在500?1200℃下煅燒0.1?100h，之后隨爐冷卻至室溫，獲得TiO₂均勻包覆的LiCoO₂粉末。本發明提出的包覆方法工序簡單、成本低廉、易于工業化生產并且所制得的包覆層厚度均一，經該方法所制備的金屬氧化物表面包覆的鋰電正極材料具有優異的倍率性及循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料制備技術領域，具體涉及均勻包覆金屬氧化物到鋰電池正極材料表面的一種制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的綠色高效儲能器件，因其工作電壓高、比能量大、無污染、循環壽命長和充放電性能穩定等優點，已經在手機、筆記本電腦等小型電子產品以及新能源汽車等領域得到了十分廣泛的應用，其中正極材料LiCoO₂、LiNiO₂、NMC333、NMC442、NMC532、NMC622、NMC811、LiFePO₄等已逐步實現產業化(NMC中N代表Ni，M代表Mn，C代表Co)。

近年來，人們不斷追求更高電壓、更高倍率性的鋰離子電池，但是上述正極材料在高壓、高倍率充放電時容量衰退迅速。研究表明，在高壓、高倍率充放電循環過程中正極材料與電解液界面的不穩定性是造成容量快速衰退的主要原因。對此，表面包覆成為解決該問題的一種有效手段，其中較為理想的包覆材料主要為金屬氧化物，包括：TiO₂、Al₂O₃、ZnO、MgO、ZrO₂等。

目前，正極材料表面包覆金屬氧化物主要有兩種手段：(1)濕化學法。通過溶液或懸濁液將包覆材料分散到材料表面，然后進行煅燒。(2)干法包覆。利用物理蒸鍍或加熱擴散的辦法將材料進行包覆。(3)利用原子層沉積(Atomic layer deposition，ALD)技術在正極材料表面包覆金屬氧化物。方法(1)和(2)成本較低，但包覆效果往往不均勻。方法(3)，雖然可以制備出厚度均勻的表面包覆層，但是由于技術復雜、成本較高，導致難以實現產業化。

基于以上特提出本發明。

發明內容

本發明提出了一種均勻包覆金屬氧化物到鋰電池正極材料表面的方法，該方法具有工序簡單、成本低廉以及包覆層厚度均勻等優點。基于該方法制備獲得的正極材料具有良好的倍率性和循環穩定性。

本發明此案有的技術方案為一種均勻包覆金屬氧化物到鋰電池正極材料表面的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，摻雜正極材料的制備。以Ti元素摻雜LiCoO₂正極材料為例：將LiOH·H₂O、Co₃O₄、納米TiO₂按照Li、Co、Ti摩爾比1.03-1.07∶1-x∶x(其中x取0.001-0.1)稱量加入到瑪瑙研體中研磨30-60min，混合均勻后將物料在O₂中1050-1080℃煅燒5h，之后隨爐冷卻至室溫。

步驟二，結塊的破碎。將步驟一中煅燒完成的物料加入瑪瑙研體中研磨30-60min將結塊完全破碎，制得Ti摻雜的LiCoO₂粉末。