[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，特别涉及一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子二次电池应用领域的不断扩大，特别是其手机、笔记本电脑及电动车等中的应用，给锂离子二次电池材料的发展带来了广阔的前景，同时对锂离子二次电池材料的性能、价格等也提出了更高的要求，其中，最为迫切的要求就是提高锂离子电池的能量密度，同时以保证锂离子电池的安全性能。

提高锂离子电池的能量密度，主要有两个途径，一是提高锂离子电池电极材料容量，二是提高锂离子电池的工作电压，如果即能够提高锂离子电池电极材料容量，同时又可以提高锂离子电池的工作电压，将是最优选择。

最早用于商业化的锂离子电池正极材料钴酸锂已经迈出了提高充电电压这一步，电芯充电截止电压已经由常规4.2V提升到4.35V或者4.4V，锂离子电池的电压提升，使得锂离子电池的能量密度有了明显的提升。

然而，生产钴酸锂的原料钴是稀缺资源，且分布不均，因此钴酸锂的生产成本高，且原料供给不稳定，因此，开发出使用镍取代部分钴，制得锂离子正极材料镍钴锰酸锂，随着正极材料中Co的减少，正极材料的生产成本有所降低，Ni的增加，正极材料的放电容量有所提高。

在此基础上，继续向正极材料基体中加入其它元素，并提高充电电压，以期得到能量密度更高及成本更低的正极材料。例如，镍钴锰酸锂材料中的LiNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂，在电压提高到4.35V时，具有较高的电容量，但是其在高温高电压下的循环性能较差，并且制作正极材料极片时，该材料制成的浆料的粘度不稳定，会发生凝胶现象。

微波法合成锂离子电池正极材料在磷酸亚铁锂合成中采用最多，一般以碳源为微波吸收剂，加热原料，迅速合成磷酸亚铁锂。在此过程中，碳源除具有辅助加热的作用外，还具备提供还原气氛，因为磷酸亚铁锂要在还原气氛下合成。但是对于氧化物锂离子电池正极材料来说，需要的是氧化气氛，无法采用碳源辅助加热。对于氧化物锂离子电池正极材料或者其原料直接进行微波合成，由于其不具有强的吸波性能，使得微波炉无法达到设定功率值，合成材料均一性较差，相关文献报道微波合成之后，需要再次高温退火，才能合成结构均一，性能稳定的材料。因此，此类材料的合成需要新型微波吸收剂，此类微波吸收剂在高温下能提供非还原气氛。

现有技术中存在以氧化物作为微波催化剂用来酯水解反应、Diels-Alder反应和苄基取代反应，如中国专利CN101172224A中，公开了一种促进微波辐射条件下的化学反应的方法，其中使用SnO₂或Fe₃O₄作为高效微波吸收剂，用于催化液态有机反应，但该方法中所用SnO₂或Fe₃O₄仅作为微波吸收剂，当反应结束后需要通过过滤或柱层析的方法进行分离，其对微波催化的固相反应的促进效果不佳。

同时，现有技术中存在掺杂并表面包覆的锂离子正极材料及其制备方法，如中国专利CN102332585A，公开了一种掺杂金属元素的锂镍钴锰氧/氧化锡复合正极材料及其制备方法，该掺杂金属元素的锂镍钴锰氧/氧化锡复合正极材料的化学表达式为：LiNi_xCo_yMn_zR_z′O₂/SnO₂，其中，0.1≤x≤0.7，0.1≤y≤0.7，0.1≤z≤0.7，0.001≤z≤0.2，所述x+y+z+z′＝1，该复合正极材料在室温条件下，2.5～4.3V之间20次循环容量保持率为78～81％，在高温高电压下的循环容量保持率则会更低，且该复合正极材料通过高温固相反应制备而得，该方法需要长时间的高温反应，不仅能源消耗大，而且反应时间长。

因此，亟待开发一种在高温高电压下具有优异的容量及循环性能的锂离子正极材料，及节能、环保、迅速且低成本的制备方法。

发明内容