[发明专利]一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法，属于化学电源材料及制备方法，解决现有富锂锰基材料包覆层不具有电化学活性的问题，并提供制备包覆层的新途径，从而克服富锂锰基材料副反应造成比容量和首周库仑效率降低的问题。本发明的复合正极材料，由富锂锰基材料及其外包裹的FeF₃包覆层构成。本发明的方法为：将CTAB加入正己醇，加热搅拌，平均分成三份，分别加入Fe(NO₃)₃、NH₄F水溶液和富锂锰基材料水相悬浊液，将所得三份液体混合，静置留取下层水层及固体，离心分离和乙醇洗涤提纯固体，最后真空烘干。本发明的复合材料具有较高首次库仑效率和比容量；本发明提供一种材料包覆的有效途径，能使FeF₃纳米层均匀分散在富锂锰基材料表面，获得均匀包覆层。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料及制备方法，具体涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

富锂锰基体系材料是具有通式xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或Li[Li_xM_1-x]O₂(其中，M＝Ni、Co、Mn、Fe、Al等，0＜x＜1)的层状化合物及其掺杂衍生物，是目前最具比容量、成本、环保等优势的锂离子电池正极材料，被认为是最有希望成为下一代高比能量锂离子电池的正极材料。富锂锰基材料可以实现较高的首周放电比容量(>250mAh/g)，然而其首周库仑效率较低。首周库仑效率是锂离子电池实际应用中的重要参数，若正负电极材料效率不匹配，在应用过程中会造成电池的容量损失，从而降低整个体系的比能量。因此，提高富锂锰基材料首周库仑效率是该材料实用化过程中一个急需解决的重要课题。

造成富锂锰基材料首周效率偏低的原因是由于，富锂锰基层状正极材料充电至高电位时易与电解液发生一系列复杂的界面反应导致电解液分解，同时在高电位下还存在不可逆的活化过程，从而使其容量和循环性能降低。通过对富锂锰基材料表面进行包覆改性，可以稳定材料表面结构，从而改善正极材料性能。传统的包覆层化合物主要有Al₂O₃、TiO₂等氧化物，AlPO₄、CoPO₄等磷酸盐，以及AlF₃、LiF等氟化物。但这些包覆层不具有电化学活性，仅能起到物理隔离和HF清除剂的作用，避免电解液与电极材料直接接触，抑制副反应，防止电解液中HF等物质腐蚀电极表面，这些包覆层本身无法为电极材料提供额外比容量。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池复合正极材料，同时提供其制备方法，解决现有富锂锰基材料包覆层不具有电化学活性的问题，并提供制备包覆层的新途径，从而克服富锂锰基层状正极材料由于电解液界面反应及不可逆活化反应造成的比容量和首周库仑效率降低的问题。

本发明所提供的一种锂离子电池复合正极材料，由富锂锰基材料及其外所包裹的包覆层构成，其特征在于：所述包覆层为FeF₃包覆层。

本发明所提供的锂离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到正己醇中，加热搅拌得到无色澄清溶液；十六烷基三甲基溴化铵与正己醇的质量比为1:1～1:10；

(2)将所述无色澄清溶液平均分成三份，分别加入Fe(NO₃)₃水溶液、NH₄F水溶液和富锂锰基材料的水相悬浊液，分别搅拌得到两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液；所述Fe(NO₃)₃水溶液、NH₄F水溶液以及富锂锰基材料的水相悬浊液中水溶剂的质量相等，每份水溶液或水相悬浊液中的水溶剂与无色澄清溶液中正己醇的质量比为1:3～1:50；