[发明专利]锆酸锂包覆的锂离子电池富锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料及其制备方法，特别是涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，应用于高容量电池技术领域。

背景技术

锂离子二次电池作为高性能的绿色储能装置，具有性能好、安全、低成本、环境友好等特点，在能源的产生和储存技术上对现在社会的可持续发展产生重大影响。目前，已广泛应用在便携式电子产品中，在助动力车、电动汽车等领域也具有广阔应用前景，并且在太阳能、风能等的蓄电上同样可发挥独特优势，其中正极材料是决定锂离子电池性能发展的关键因素之一。

目前可应用的正极材料中，LiCoO₂是一种具有出色的电化学性能的正极材料，然而，它成本高、有毒并存在安全隐忧。LiMn₂O₄具有成本低、环境友好、原料储量丰富、导电性好的特点，但是它的比容量只有148 mAh·g^-1。LiFePO₄具有低成本、高稳定性以及很好的安全性能，但是Li⁺的扩散系数只有大约10^-13-10^-14cm²·s^-1。而富锂锰基层状正极材料Li_1+x[M]_1-xO₂or xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中M=Ni_，Co_, Mn. x>0，因其具有200 mAh·g^-1以上的高的比容量，在4.5V的高的电压条件下具有很好的结构稳定性以及环保等优点，现已成为人们的研究热点。Li₂MnO₃在xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂中的关键作用是在高于4.5V的情况下脱出Li₂O，从而提高放电容量；同时在充放电过程中促进Li⁺的运输。然而，富锂材料仍然存在一些缺点，限制了它在高能锂离子电池中的应用。例如，在初始放电中会有很高的不可逆容量损失大约40~100 mAh·g^-1，容量在充放电过程中存在严重的衰减，以及较低的充放电倍率等。为了解决上述问题，提高材料的导电率是比较有效的方法之一，比如采用掺杂、表面处理以及包覆等方法。掺杂能明显改善结构稳定性以及循环性能，但是由于掺杂元素通常是电化学性质不活泼的组分，例如Al、Mg、Zn等将会导致容量的衰减。通过包覆少剂量的金属氧化物，例如Al₂O₃、ZnO、V₂O₅、ZrO₂等修饰电极材料以提高富锂层状材料的循环性能。但是引入的金属氧化物通常不是电子和离子的导体，导致材料不可逆的容量衰减以及较差的充放电倍率性能。基于上述原因，一些含Li的氧化物例如LiAlO₂和Li_3xLa_2/3-xTiO₃，因其具有更高的Li⁺导电率，并且可以在充放电过程中提供Li⁺的运输通道，所以能够更有效地提高材料的电化学性能，但其充放电倍率、比容量、充电循环性能还不够理想，采用稀土氧化物也相应增加了锂离子电池的制造成本。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种锆酸锂包覆的锂离子电池富锂正极材料及其制备方法，能实现了更高的充放电倍率、更高的比容量、更好的循环性能和更低的电池生产成本。本发明制备工艺简单，重复性好，为高倍率锂离子电池的制造和应用提供了一种高容量、长寿命的富锂正极材料。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：