[发明专利]一种改性锂电池正极材料、制备方法及包含其的锂电池

说明书

本发明公开了一种改性锂电池正极材料、制备方法及包含其的锂电池，所述正极材料为使用含氟的无机材料进行层状复合的硅酸锰锂，所述含氟的无机材料为氟化锂，本发明使用氟化锂与硅酸锰锂进行层状复合，提高硅酸锰锂正极的电导率，降低电极/电解质界面阻抗，提高电子迁移率，并且氟化锂层结构稳定，可以抑制硅酸锰锂材料在锂离子脱嵌中的形变和结构坍塌，提高循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种改性锂电池正极材料、制备方法及包含其的锂电池。

背景技术

早期实用化的正极材料是钴酸锂，由于其资源少，价格高，环境污染大，不适合作为大型动力锂电池能源，近年来研究的磷酸铁锂和镍钴锰酸锂材料由于其能量密度问题尚未完全解决，难以满足新一代电动汽车和电动自行车用大容量电池的需要。近几年开发的各种新型正极材料例如硅酸锰锂，理论脱嵌电子数量是2个，理论比容量为330mAh/g，是磷酸铁锂材料的两倍，同时，材料内部存在大量Si-O键，抗电解质腐蚀能力较强，我国锰资源储量丰富、价格便宜且无毒无污染。并且硅酸锰锂等作为锂电池正极材料，更具有易合成、电位高、安全性好等优点，是一种新的锂电池正极候选材料。

中国发明专利201710458347.4公开了一种用于锂电池极片的功能涂层浆料和锂电池，该发明的一种用于锂电池极片的功能涂层浆料，包括涂层材料和助剂；所述涂层材料包括锂盐和氧化物；所述锂盐占所述涂层材料的质量比为1％～20％；所述氧化物包括氧化铝、氧化锆、无定形氧化硅、氧化锌、氧化铈、氧化镁、氧化钛和氧化镨中的一种或多种。该发明从极片改性的角度入手，对正极和/或负极极片表面涂覆一层功能涂层浆料，能够在电池极片表面形成一层功能涂层，从而同时改善了高能量密度锂电池的安全性和循环寿命，特别是明显提高了高镍三元材料等高能量密度锂电池的安全性和循环寿命。但是这种电池在高电位时Mn³⁺易于发生歧化反应从活性材料表面溶解，其次，在反复嵌脱锂过程中易发生结构畸变，造成容量迅速衰减，尤其是在较高温度时，容量衰减的现象更加突出。

中国发明专利201710081551.9公开了一种正极极片及锂电池，该发明正极极片包括正极集流体及涂覆于正极集流体表面的正极浆料；正极集流体为泡沫铝箔；正极浆料包括质量分数为92％-98％的正极活性物质、0.05％-2％的导电剂、1％-2.5％的PVDF及0.05％-2％的单壁碳纳米管。锂电池包括正 极极片与负极极片，正极极片包括正极集流体及涂覆于正极集流体表面的正极浆料；负极极片包括负极集流体及涂覆于负极集流体表面的负极浆料；正极浆料包括质量分数为92％-98％的正极活性物质、0.05％-2％的导电剂、1％-2.5％的PVDF及0.05％-2％的单壁碳纳米管；负极浆料包括质量分数为93％-96％的正极活性物质、1％-3％的导电剂及1％-3.5％的LA133。此发明虽然在一定程度上改善了正极极片的倍率性能、循环性能及散热效果，但电子导电率与振实密度很难同时提高。

中国发明专利201010610221.2公开了一种正极活性材料及其制备方法、一种正极材料和锂电池，该发明正极活性材料具有内核和外壳，所述内核为硅酸锰锂，所述外壳包括碳和硅酸盐；所述正极活性材料的平均粒径为30-60nm。本发明先制备硅酸锰锂内核材料，然后在其表面形成包括碳和硅酸盐的外壳，大提高了采用该正极活性材料制备得到的锂电池的倍率性能。

中国发明专利201210591984.6公开了一种锂电池正极材料及其制备方法，该发明的制备方法包括以下步骤：（一）正极电极基材的预处理，取常规方法制取的正极材料，筛分后高温煅烧；（二）包覆含硅化合物，将正极材料超声分散于含硅化合物溶液中，加热搅拌至干燥，高温煅烧；（三）包覆碳材料，将一层包覆的正极材料超声分散于碳材料溶液中，加热搅拌至干燥，高温煅烧。由本发明的锂电池正极材料的容量保持率和倍率性能都有所提高。

但是，即使通过上述改性方法对前述的正极活性材料进行改性，硅酸锰锂的电化学性能仍不理想，由于硅酸锰锂在电子脱嵌过程中对晶格结构影响较大，且本身电导率较低，尚未大规模应用于锂电池行业。因此对于该正极材料循环性能和电子迁移率的改善具有十分重要的意义。