[发明专利]一种表面稳定的无定型钝化层包覆的锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种表面稳定的无定型钝化层包覆的锂离子电池正极材料及其制备方法，核心在于利用弱酸溶液与氧化物正极弱碱性表面发生的中和反应与氧化还原反应在正极颗粒表面构建完整、均匀的无定型钝化层，从而制备得到在空气和电解液中具备良好界面稳定性的锂离子电池正极材料。该方案通过简易的弱酸处理，原位反应形成电子与离子通路良好的无定型钝化层提高了正极材料的界面稳定性，对提高正极材料的电化学性能具有重要意义。本发明提供的方法效果显著且步骤简单高效，成本低，易于实现产业化制备。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种表面稳定的无定型钝化层包覆的锂离子电池正极材料 及其制备方法。

背景技术

伴随着人类社会的快速发展，人们对于能源的需求急剧增加，尤其是在进入21世纪之后，中国的能 源消耗总量直线上升，在20年的时间内国内能源消费总量增长三倍多。不可再生的化石能源无法有效满 足人民群众对于能源的迫切需求，人们大力发展包括太阳能、地热能、风能、生物质能等可持续再生的新 能源技术。但新能源的利用存在空间分布不均、时间分布不均等特点，为此人们需要利用高效、稳定的新 型储能材料与器件，例如燃料电池、超级电容器等。在这些材料中，锂离子电池凭借着高能量密度、无记 忆效应、低放电率等诸多优势在便携式电子器件、电动汽车以及储能电站等众多领域得到广泛应用。同时 得益于国家政策对新能源汽车产业的大力支持，中国的锂离子电池产业发展迅猛。锂离子电池的发展向着 更高的能量密度、更稳定的循环性能、更可靠的安全性能的方向进行。

在锂离子电池的充放电过程中，锂离子在正负极层状化合物之间来回不停迁移的概念最早由由M. Lazzari和B.Scrosati在1980年提出，他们将这类电池称之为摇椅式电池。同年，牛津大学的J.B. Goodenough教授首先提出可应用于锂离子电池正极材料，成功将电池电压提高到4.0V以上。在1985年， 日本的吉野彰使用LiCoO₂为正极，石油焦为负极组装出了一个原型电池。石油焦作为一种碳材料，可以 像阴极的钴氧化物一样插入锂离子。该原型电池标志着锂电池的安全性得到了极大提高，同时使工业规模 生产和商用锂离子电池成为可能。不久之后的1989年，日本的SONY公司开发出了新型锂离子电池，该 电池以LiCoO₂作为锂源正极，石油焦作负极，LiPF₆溶于丙烯碳酸酯和乙烯碳酸酯作电解液，于1991年 成功实现了商业化。而摇椅式电池也被重新命名为大家耳熟能详的锂离子电池。

自首个商业化锂离子电池问世至今已有三十年，锂离子电池一方面促进着信息、电子等智能化产业的 发展，产业化应用也成就了锂电产业和研究的大爆发。尽管消费类锂电池需求增幅有限，但新能源汽车和 工业储能领域的市场空间巨大。尤其是当前国家推行5G网络技术的背景下，基站搭建的储能需求将明显 增长。可以预见，锂离子电池的研究将对网络服务、能源行业、交通出行等众多行业产生积极的推动作用。 在此背景下，锂离子电池正向着更高能量密度与功率密度的方向快速发展。

在更多地使用含锂正极的今天，正极材料成为了电池体系内唯一的锂离子供应者，其需要具备以下条 件^[6]：尽量低的费米能级与锂离子位能、与电解液的良好兼容性、较高的晶体稳定性、高容量、体相中较