[发明专利]锂电池正极材料超薄包覆层、锂电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料改性技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料的包覆层及锂电池正极材料和制备方法。

背景技术

近年来，日益严峻的能源和环境问题加剧了人们对于高效能量储存和转换装置的渴求。锂离子电池(LIB)由于具有能量密度高、循环寿命长等诸多优点是目前使用最广泛的能量存储和转换装置。相关市场分析预测，到2020年二次电池市场规模将有望高达1193亿美元，是2010年相应市场规模的10倍以上。以电动汽车等为重大应用背景的下一代LIB技术要求其除了具备传统的诸多优点外，还要有更高的能量密度、功率密度、长寿命和低成本等特点。

锂离子电池正极材料是锂离子电池最为关键的技术环节。现有的锂离子电池正极材料存在诸如倍率性能不佳、循环过程中材料稳定性差、与电解液发生副反应等诸多问题。表面包覆是目前最有效的改性方法之一。然而传统的包覆材料如Al₂O₃、ZrO₂、MgO、V₂O₅等金属氧化物，AlPO₄、FePO₄等磷酸盐往往不具有锂离子传导特性，包覆层对锂离子的脱出和嵌入过程起到一定的阻碍作用。而且，传统的包覆方法为了实现对材料表面的全包覆，厚度往往大于30nm。较厚的包覆层不利于锂离子在材料表面的脱嵌过程，导致材料倍率性能的下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种有利于降低锂离子在正极材料表面脱出和嵌入过程的极化电阻、提高材料的倍率性能、且均匀致密的锂电池正极材料超薄包覆层，还提供一种可有效抑制锂离子电池正极材料活性物质与电解液间副反应、且倍率性能高、循环性能好的锂电池正极材料，还相应提供一种可降低材料使用量、节约成本、工艺简单、产品品质好的锂电池正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种锂电池正极材料超薄包覆层，所述锂电池正极材料超薄包覆层的成分为Li-Ti-O组成的钛酸盐；且所述锂电池正极材料超薄包覆层均匀致密，特别是由于其厚度仅为0.3nm～30nm，这使其除了具备传统包覆层的优点外，纳米量级厚度的超薄包覆层还有利于降低锂离子在包覆层中的迁移路径，进一步提高材料的倍率性能，使其具有良好的锂离子传导特性。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料为核壳型包覆结构，包括内核正极活性物质和内核正极活性物质外包覆的包覆层，所述包覆层即为上述本发明的锂电池正极材料超薄包覆层；所述包覆层中Ti与内核正极活性物质中过渡金属元素的摩尔比为0.01％～3％。

作为进一步的优选，所述的钛酸盐具体可以为Li₂TiO₃、Li₂Ti₃O₇、Li₄Ti₅O₁₂、Li₂Ti₆O₁₃、Li₂Ti₄O₉、Li₁₂Ti₁₇O₄₀、Li₄TiO₄中的至少一种。

优选的，所述内核正极活性物质可以为LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、Li(Mn,Ni,Co)O₂、LiMn₂O₄、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、xLi[Li_1/3Mn_2/3]O₂·(1-x)LiMn_1-y-zNi_yCo_zO₂中的一种，且0＜x＜1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤y+z≤1。

上述的锂电池正极材料中，优选的，所述锂电池正极材料超薄包覆层是由包覆在所述内核正极活性物质上的复合前驱体包覆层经有氧煅烧后制备得到。更优选的，所述复合前驱体包覆层为锂盐和氢氧化钛组成的复合包覆层。作为进一步的改进，所述复合前驱体包覆层是通过化学浸润内核正极活性物质并经原位可控水解后制备得到。