[发明专利]一种超容量锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种超容量锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。本申请的超容量锂离子电池正极材料，由含过渡金属的锂离子正极材料和包覆于锂离子正极材料表面的碳组成，锂离子正极材料表面的过渡金属与碳通过X‑C键配位，形成过渡金属‑X‑C化学键，使碳稳定包覆于正极材料表面；其中C为SP3杂化和/或SP2杂化，X为N、O和S中的至少一种。本申请的超容量锂离子电池正极材料，通过过渡金属‑X‑C化学键连接锂离子正极材料和碳，利用过渡金属‑X‑C化学键对正极材料的表面的晶格边界进行修复，使锂离子正极材料和碳层之间的界面得以优化，形成可储存Li的界面，从而增加正极材料克容量，为制备超容量锂离子电池奠定了基础。

技术领域

本申请涉及锂离子电池正极材料领域，特别是涉及一种超容量的锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

迅速发展起来的二次电池工业，构成了新能源领域的重要部分。锂离子电池自从开发成功以来便备受关注，特别是在诸如电动汽车、应急电力储备、风电与太阳能发电的储能设施以及车用辅助电源等设备中开始应用。锂离子电池的性能很大程度上取决于其正极材料，锂离子电池正极材料是影响电池容量的重要因素，也是高容量锂离子电池发展的主要技术瓶颈。现有的锂离子电池的正极材料主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiMn_xFe_yPO₄，LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂(0＜x＜1，0＜y＜1)和LiNi_0.5Mn_1.5O₄几种。

目前锂离子电池正极材料的一个重要发展和研究方向就是，正极材料的纳米化，纳米化正极材料可以提高电池的快速充放电能力。虽然，纳米化的正极材料比表面积大，但是，在一般的情况下其表面界面不能储锂，反而导致纳米化的正极材料具有比普通正极材料更低的容量，并且具有振实密度低等缺点。

此外，纳米化正极材料的比表面积大，其表面的副反应也比较多。例如LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂+2HF+Li+e^-→Li_1-xMn_1/3Ni_1/3O₂+LiF+H₂O，生成聚碳酸酯、高分子碳氢化合物、NiO、MnCO₃、Li₂CO₃、Li_xPF_y、Li_xPF_yO_z、NiF₂、CoF₂、MnF₂等，这些绝缘产物会增加材料的表面阻抗，影响锂离子的扩散。并且，由于晶格界面破坏，比表面积越大，晶格破坏面就越多，影响正极材料的电化学性能。目前在电动汽车里常用的LiFePO₄材料的本征的导电性性差，通常采用纳米化，在纳米正极材料表面进行碳包覆，碳包覆的好处是，可以提高正极材料的导电性，加快电子传输，促进Li⁺扩散，特别是在高充放电倍率下能够大大降低其自身结构在较大锂离子通量下被破坏的可能性。但是，现有的碳包覆处理方法和复合正极材料，还是没有从根本上解决晶格界面破坏的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的超容量的锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。

本申请采用了以下技术方案：