[发明专利]一种表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池材料，具体地，涉及一种表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、长循环寿命、绿色环保、自放电小、无记忆效应等突出优点，已成为商用化二次电源中性能最为优秀的电池，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和其他便携式电器，并逐步向大功率系统如电动汽车、智能电网、空间卫星以及分布式能源系统等领域拓展。目前，常用的锂离子电池正极材料有LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiFePO₄等，这些正极材料都有各自的优缺点，比如三元材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3虽然放电容量较高，但倍率性能差，且高电压工作时循环稳定性差。另外，针对目前研究较热的富锂材料和5V尖晶石材料，同样存在高电压充放电时材料结构稳定性差、与电解液反应严重等问题。

因此需要对这些正极材料进行表面改性，一方面可以增强材料在高电压充放电时的结构稳定性，减少不可逆容量损失，提高活性物质的放电容量和循环性能；另一方面，还能保护活性材料本身，减少高电压下与电解液的反应，改善正极与电解液接触的界面性能，提高电池性能。

现有技术中已有多种正极材料的表面包覆方法的报道，而在各类表面包覆材料中，磷酸盐是一类比较常见且包覆方法相对简单的表面改性材料，而且磷酸盐中强的P=O键（键能=5.64 eV）能有效抵御电解液对电极材料的化学攻击。但是，简单的液相沉淀法包覆，难以保证沉淀的均匀性，颗粒大，纯度低；而常用的溶胶凝胶法虽然能实现均匀包覆，但工艺要求较高，时间较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料及其制备方法，侧重于简化包覆方法，引入高分子聚丙烯酰胺作为分散剂的原位分散包覆技术，能实现正极材料表面的均匀包覆，工艺简单，易于规模化生产。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料的制备方法，其中该方法包含以下步骤：

步骤1，将正极材料加入到溶解好的分散剂溶液中，充分分散均匀；

步骤2，向步骤1所述的溶液中依次加入磷酸氢铵溶液和硝酸金属盐溶液并搅拌；

步骤3，将步骤2所得的溶液过滤，并将所得固体干燥，再在300℃~700℃加热处理1~5h，以去除包覆溶液带来的杂质，生成最后的包覆相，从而制得表面包覆磷酸金属盐的正极活性材料。

上述的表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料的制备方法，其中，所述的分散剂溶液，步骤1采用的液相分散剂为高分子聚丙烯酰胺，溶剂为水。

上述的表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料的制备方法，其中，所述的分散剂溶液浓度为按质量分数计0.01%~10%，聚丙烯酰胺的用量为正极材料质量的0.01%~10%。

上述的表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料的制备方法，其中，步骤1所述的正极材料为Li_1+nNi_xCo_yMn_(1-x-y-n)O₂（0≤n≤1，0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤x+y+n≤1）或LiNi_xMn_2-xO₄（0≤x≤1）。

上述的表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料的制备方法，其中，步骤2所述的磷酸氢铵溶液为磷酸氢二铵水溶液或磷酸二氢铵水溶液；所述磷酸氢铵溶液的摩尔浓度为0.01~10mol/L，低于该范围则磷酸金属盐不易吸附于正极材料上，高于该范围则磷酸金属盐会出现包覆正极材料不均匀的现象。磷酸氢铵的用量为正极材料质量的0.1%~10%。

上述的表面包覆磷酸金属盐的锂离子电池正极材料的制备方法，其中，步骤2所述的硝酸金属盐溶液为硝酸铝、硝酸锌、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰、硝酸锆、硝酸铈铵中的一种或其中几种混合物的水溶液；所述硝酸金属盐溶液的摩尔浓度为0.01~10 mol/L，低于该范围则磷酸金属盐不易吸附于正极材料上，高于该范围则磷酸金属盐会出现包覆正极材料不均匀的现象。硝酸金属盐的用量为正极材料质量的0.1%~20%。