[发明专利]包覆改性锂离子电池层状正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池层状正极材料制备领域，特别是涉及锂离子电池层状正极材料的表面包覆改性及其制备方法。

背景技术

由于锂电池具有能量密度高、重量轻、无记忆效应、倍率性能好、循环寿命长等一系列突出优点，因此，其被公认为下一代电动汽车、混合动力电动汽车的理想能源。而锂离子电池的能量密度主要取决于正极材料的能量密度，所以，研发具有高能量密度的正极材料成为人们关注的焦点。

由于层状正极材料与电解液发生反应(如氧化还原反应)，会造成层状正极材料中的金属元素溶解(如Mn)、固体电解质界面膜的增加等问题，从而导致电池的容量衰减，并导致安全性下降。因此需要采用表面包覆改性技术来改进锂离子电池层状正极材料的电化学性能。目前，表面包覆方式大体可以分为干法和湿法包覆两种。相比较来说，湿法包覆均匀，且得到的正极材料的电化学性能更优异。令人遗憾的是，湿法合成的氧化物绝缘包覆层会增加Li⁺的扩散距离，不利于正极材料中Li⁺传导和界面电荷转移，从而影响正极材料的电化学性能。

单斜相Li₂TiO₃与Li₂MnO₃具有相同的结构，且Li₂TiO₃材料在较宽的电压范围内保持电化学惰性，在有机电解液中其结构稳定性较好；另外，该材料还表现出较高的锂离子迁移速率2.5×10^-7S·cm^-1。更重要的是，作为层状材料，Li₂TiO₃材料具有三维Li⁺迁移通道。而采用湿法合成Li₂TiO₃包覆改性锂离子电池层状正极材料的研究还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改性锂离子电池层状正极材料及其制备方法，该方法是在锂离子电池层状正极材料的表面包覆Li₂TiO₃薄膜进行改性，采用该方法包覆的正极材料表面薄膜包覆均匀、方法成熟可靠。

本发明所述的一种包覆改性锂离子电池层状正极材料，是在锂离子电池层状正极材料外均匀包覆Li₂TiO₃薄膜。

上述包覆改性锂离子电池层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)首先将一定量的钛源溶于乙醇溶液中，钛源与乙醇的体积比为1～5:10，并向溶液中滴入乙二醇形成溶液A；将锂盐和络合剂溶解于去离子水中形成溶液B；上述两种溶液中，Li与Ti的摩尔比为2:1，络合剂与(Li+Ti)的摩尔比为1:0.5～2，络合剂与乙二醇的摩尔比为1:1～2；

2)将上述配置好的两种溶液在不断搅拌的条件下缓慢混合，再用弱碱液或弱酸液来调节溶液的pH值为5～7，搅拌形成悬浊液；

3)将锂离子电池层状正极材料加入到上述悬浊液中，在50～80℃条件下加热搅拌，随着溶剂的蒸发得到溶胶；

4)将干燥的溶胶置于鼓风干燥箱/真空干燥箱中于90～120℃干燥12～24h，得到包覆后的前驱体；将前驱体研磨后置于管式炉中，在500～700℃温度下退火处理2～5h，得到表面包覆1wt％～8wt％Li₂TiO₃的目标产物。

上述步骤1)中所述的钛源为钛酸四丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)、异丙醇钛、四氯化钛、钛酸四异丙酯或钛酸四乙酯中的一种。

上述步骤1)中所述的Li盐为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂中的一种或几种的混合物。

上述步骤1)中所述的络合剂为柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙二醇PEG中的一种或几种的混合物。

上述步骤2)中所述的弱碱液为氨水、碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液中的一种或几种混合物的水溶液，弱酸液为醋酸。