[发明专利]一种改善锂离子电池三元正极材料倍率性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料与储能器件领域，具体涉及一种改善锂离子电池三元正极材料的倍率性能的方法。

背景技术

在最近的二十年中，锂离子电池因为其能量密度大、使用寿命长、耐高低温环境和无记忆效应等特点，其应用范围不断扩大，除了作为电动汽车用动力电池以外，民用从手机、笔记本电脑、数码相机、儿童玩具等小型电池到电网调峰、太阳能和风能储电的大型动力电池；军用则涵盖了海(潜艇、水下机器人)、陆(陆军士兵系统、机器战士)、天(无人飞机)、空(卫星、飞船)等。

目前，锂离子电池正极材料的主要研究对象就是含锂过渡金属氧化物。根据正极材料结构不同可将其分为三类：层状结构化合物LiMO₂(M＝Co、Ni、Mn等)、尖晶石结构化合物LiM₂O₄(M＝Mn等)和橄榄石结构化合物LiMPO₄(M＝Fe、Mn、Ni、Co等)。目前，大多数的研究集中在这些材料及其衍生物上。最近几年，一些新型结构的插入型材料(例如：硅酸盐、硼酸盐和氟化物)也受到研究人员的关注。镍酸锂的克容量最高，达到190-210mAh g^-1，但是高的成本和较差的循环稳定性，极大限制了其商业应用。磷酸铁锂以其低廉的原料成本和较好的循环稳定性，在市场竞争中占据较大的优势。但其克容量较低，只有130-140mAh g^-1，限制了其在动力电池领域的进一步应用。三元正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂(0<x,y<1)拥有较高的克容量(>200mAh g^-1)和循环稳定性，整体性能较好，被认为是最有可能取代钴酸锂的正极材料。镍钴锰三元材料还存在倍率性能差的问题，由于Ni²⁺的离子半径与Li⁺的离子半径相近可导致锂镍混排,进入镍位的锂在充放电过程中脱出困难从而导致循环性能恶化及比容量降低,这种锂镍混排导致材料的倍率性能变差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改善三元锂离子电池正极材料的倍率性能的方法，该方法采用喷雾干燥技术，将锂快离子导体玻璃Li₂O-2B₂O₃-mLi₂SO₄包覆在锂离子电池三元正极材料表面。通过对三元正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂进行锂快离子导体玻璃Li₂O-2B₂O₃-mLi₂SO₄的表面修饰改性，改善锂离子电池正极材料的倍率性能，该方法提高了锂离子电池三元正极材料在大电流密度下的充放电性能，通过该方法处理的锂离子电池三元正极材料，可有效改善动力电池的快速充放电性能。同时，该方法生产设备简单，生产效率高，成本低，可实现大规模生产。

本发明所述的一种改善锂离子电池三元正极材料倍率性能的方法，通过对三元正极材料LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，0<x,y<1进行锂快离子导体玻璃Li₂O-2B₂O₃-mLi₂SO₄，0.1<m<0.9的表面修饰改性，改善锂离子电池正极材料的倍率性能，按下列步骤进行：

a、将锂化合物为碳酸锂或氢氧化锂，硼化合物为硼酸或三氧化二硼，锂硫化合物为硫酸锂按摩尔比为Li:B:S＝1:2:0.1-0.9混合，加入去离子水中，匀速搅拌0.5-1h，待混合物完全溶解，得到包覆液；