[发明专利]一种表面改性的锂电池高镍正极材料的制备方法及产品

说明书

技术领域

本发明属于二次锂离子电池领域，更具体地，涉及一种表面改性的锂电池高镍正极材料的制备方法及产品。

背景技术

随着社会的不断进步，在全球经济飞速增长的现在，科学技术的不断发展带来的产品在人们的生活中起着不可或缺的作用，电子产品，电动汽车，医疗设备等对储能的要求越来越高，人们对能源的需求日益增加，对社会与经济可持续发展的重要性的认识不断深化。锂离子电池作为新一代的绿色高能充电电池，自1990年问世以来，以其电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小和环境友好等突出优点，近20年取得了迅猛发展，已被广泛用作袖珍贵重家用电器如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源，目前锂离子电池正极材料主要包括钴酸锂、磷酸铁锂、高镍正极材料等。

然而，进一步的研究表明，锂离子电池中，由于正极材料所处的电势较高，且脱锂态正极材料具有较强的氧化性，易与有机电解液发生副反应，以至于恶化电池的性能。虽然镍系正极材料LiNiO₂由于具有放电比容量高、价格低廉等优点，然而其固有的一些缺陷也限制了其广泛应用：如计量比的LiNiO₂难以合成、放电过程中存在较多杂相变、Ni²⁺占据Li⁺的3a位置导致阳离子混排、高镍含量在充电末期催化活性很强，易催化电解液分解、室温及储存性能较差，此外，高镍正极材料在充放电过程中存在首圈效率不高以及循环过程中由于结构由稳定的层状结构转变成不稳定的岩盐相，导致循环性能差的问题。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需对高镍正极材料作出进一步的完善和改进，解决其在充放电过程中存在的循环性能差的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种表面改性的锂电池高镍正极材料的制备方法及该材料，该制备方法结合高镍正极材料自身的性能特点，采用原子层沉积技术对高镍正极材料进行表面包覆改性，得到表面改性的锂离子高镍正极材料，进而采用该材料制造锂离子二次电池，由此制得的锂离子二次电池可克服高镍正极材料在充放电过程中容量衰减的问题，其结构稳定性和循环性能大大提高，此外本申请的表面改性的锂电池高镍正极材料还具有制备方法简单易行、包覆层厚度易控制、适合大规模生产等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种表面改性的锂电池高镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)将高镍正极材料粉末放入原子层沉积系统的反应腔体中，并将所述反应腔体抽真空5s～10s，所述高镍正极材料为LiNi_xCo_yM_zO₂，其中0.6≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z＝1，M为Mn、Al、Mg、Ti中的一种或几种；升高所述反应腔体的温度，使得温度保持在140℃～160℃；

(b)向所述反应腔体中通入反应源，并使得反应腔体中的压力达到5mbar～8mbar，该反应源吸附在所述高镍正极材料粉末的表面；

(c)向所述反应腔体中通入N₂，以带走所述反应腔体中过剩的反应源，通入时间为120s～150s；

(d)继续向所述反应腔体中通入H₂O，直至所述反应腔体的压力达到5mbar～8mbar时停止通入，该H₂O与吸附在所述高镍正极材料表面的所述反应源发生反应，以在所述高镍正极材料的表面沉积获得氧化物薄膜；

(e)然后向所述反应腔体中通入N₂，以带走所述反应腔体中的反应副产物和过剩的H₂O，通入时间为120s～150s；

(f)重复步骤(b)～(e)获得具有所需沉积厚度的表面改性的锂电池高镍正极材料。

作为进一步优选的，所述反应源为金属有机物、金属单质和金属卤化物中的一种；所述金属有机物、金属单质和金属卤化物中采用的金属元素为Ti、Al、Fe、Zn中的一种。

按照本发明的另一方面，提供了一种表面改性的锂电池高镍正极材料，其由所述的方法制备。

按照本发明的另一方面，提供了一种正极极片，所述正极极片包括集流体和涂覆在该集流体上的所述的表面改性的锂电池高镍正极材料。

作为进一步优选的，所述正极极片还包括导电剂和粘结剂，所述导电剂、粘结剂和表面改性的锂电池高镍正极材料三者混合后涂覆在所述集流体上。