[发明专利]改性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正极材料，尤其是一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，现已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等领域，随着科学技术的进步，锂离子电池将在电动汽车、航天和储能等领域得到进一步发展。

近年来，由于移动设备及通讯设备性能的不断提高，对锂离子电池的性能如：能量密度、循环寿命、大电流输入输出性能及高温性能等提出了更高的要求。而锂离子电池正极材料的性能直接影响着上述性能。现在常用的锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂氧化物等，其中仅有钴酸锂的生产技术已经成熟，可实现商业化生产，所以钴酸锂仍是目前使用的主要正极材料，但是，现有的钴酸锂正极材料存在以下问题：

1.比容量：在使用过程中，真正发挥作用的锂离子仅占钴酸锂材料所含锂离子总量的二分之一；当充放电电压循环范围在3.0～4.2V之间时，钴酸锂的性能稳定；倘若提高材料的能量密度，使其它锂离子在充放电过程中发挥作用，即提高电池充放电的截止电压，那么钴酸锂材料表面就会与电解液发生反应，导致其循环性能明显衰减，进而影响电池的使用寿命。

2.高温性能及循环稳定性：当电池处于高温或反复充放电情况下，锂离子电池正极材料表面会与电解液缓慢发生作用，使材料性能逐渐衰减，如何防止电解液与电极材料的反应，提高锂离子电池的循环寿命和安全性，是目前锂离子电池电极材料领域亟待解决的关键问题。

3.大电流充放电性能：材料的大电流输入输出性能与材料的导电性有关。提高材料导电性，降低内阻，才能实现锂离子电池的快速充放电。

目前，针对如何提高上述性能，国内外已有大量专家、学者做出相关工作：L.J.Fu用ZnO、MgO、Al₂O₃等处理钴酸锂和锰酸锂表面以提高材料的循环性能；G.Q.Liu用ZrO₂包覆钴酸锂材料表面；Nina Kosova通过液相法在钴酸锂表面包覆纳米级α-Al₂O₃。经过这些氧化物包覆改性后的正极材料，其性能虽然得到了一些改善，但是仍旧不能满足商业应用的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供具有较高充电截止电压、能阻止正极材料表面与电解液的反应并提高材料导电性的改性锂离子电池正极材料制备方法。本发明的另一个目的是提供该方法制得的正极材料。为此，本发明的技术方案如下：

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种改性锂离子电池正极材料，其由钴酸锂以及包覆在其外表面的固态电解质层构成，所述的固态电解质层的组成为：

Li_1+xA_xB_2-xSi₃O₁₂—eN，

其中，且0≤x≤2；

所述的A为铝（Al）、钪（Sc）、镧（La）、铬（Cr）、铁（Fe）、铊（Tl）、钒（V）、铕（Eu）和铟（In）元素中的一种；

所述B为钛（Ti）、锆（Zr）或铪（Hf）元素；

所述N为Li₂O、MgO和Y₂O₃中的一种或任意几种的组合，当N为其中一种时，0≤e≤2；当N为其中两种时，所述eN=e₁N₁+e₂N₂；当N为其中三种时，所述eN=e₁N₁+e₂N₂+e₃N₃，其中N₁、N₂、N₃分别为Li₂O、MgO和Y₂O₃中的一种，0≤e₁，e₂，e₃≤2。

其中，所述的固态电解质层与钴酸锂的质量比为0.2～10：100。所述锂固态电解质层的厚度为10～2000nm。

一种改性锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：