表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒及其制備方法，所述表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒包括：第一金屬氧化物層，包覆鋰離子電池正極活性材料顆粒；第二類碳類有機層，包覆第一金屬氧化物層，類碳類有機層為有機物形成內部呈高分子特性外部呈類碳性質的類碳類有機物。采用金屬氧化物-類碳類有機層復合包覆，能有效均勻穩定地包覆在正極活性材料顆粒，能適用于鋰離子電池的高工作電壓，能夠有效防止正極活性材料與電解液發生副反應；當鋰離子電池電解液產生HF，其能夠有效地消除其附近的電解液中的HF。當金屬氧化物-類碳類有機層復合包覆的正極活性材料顆粒用于鋰離子電池時，鋰離子電池的高壓循環性能得以提高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋰離子電池的正極活性材料，尤其涉及一種。
技術介紹
1991年，日本索尼(Sony)公司率先將鋰離子電池商業化，與傳統鉛酸鎳氫電池相比具有高能量密度、高電壓、低自放電率和重量輕等優點，在各種領域迅速得到廣泛應用。其中筆記本電腦、手機、移動工具、電動汽車等高科技領域對鋰離子電池的性能要求日益提高，尤其是對電池的體積能量密度和重量能量密度的要求更為苛刻。目前已商業化的鋰離子電池的能量密度成為其廣泛應用的限制條件之一。影響能量密度的主要因素涉及到正負極材料(主要影響克容量及工作電壓窗口)、電解液及電池結構設計等。為了提高電池的能量密度，業界在高容量的電極材料開發方面已做出大量的研究工作并取得較大進展。例如,Atsushi Ito等人在Journal of Power Sources雜志的VolumeS183中報道層狀Li (Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56) 02新材料的克容量發揮高達250mAh/g。DenisY.W.Yu等人在 Journal of The Electrochemical Society 雜志的 Volumesl56 中報道層狀Li2MnO3新材料克容量發揮高達260mAh/g。雖然這些新材料能夠發揮較高的克容量但其循環性能較差，并且合成工藝不成熟，目前很難用于工業化大生產。所以業界技術人員開始開發現有材料(如LiCo02、Li (CoxNiyMn1^y)O2等)的高電壓運用，目前商業化的LiCo02、Li (CoxNiyMn1H) °2等材料大多是在4.2V下使用的，克容量為14(Tl50mAh/g，但其理論容量為274mAh/g。如果提高工作電壓，克容量和工作平臺都會相應的提高。但是在高電壓條件下，正極活性材料本身會發生不可逆相變，同時正極活性材料的界面會與電解液發生強烈的副反應，如電解液在正極表面分解且分解物會附著在正極表面，使得電池的電化學性能惡化并降低電池的安全性能，因此LiCo02、Li (CoxNiyMnny)O2等材料在高電壓條件下應用得到限制。 鋰離子電池正極活性材料的傳統包覆方法是在活性材料表面包覆一層氧化物或碳層，雖然能適當提高高電壓性能，但也有許多不足之處。單一的氧化物層或碳包覆層不足以有效地均勻包覆在活性材料表面，從而不能有效隔絕活性材料與電解液接觸，繼而在高電壓下電解液與活性材料表面接觸會導致電池性能惡化。另外，氧化物層或碳包覆層是吸附而不是粘接在活性材料表面，因此隨著高電壓循環的進行，許多包覆層顆粒會從活性材料表面脫落，從而失去包覆效果，繼而在高電壓下造成電解液與活性材料完全接觸，導致電池性能急劇惡化。此外，當電解液中的鋰鹽采用LiPF6時如果單層包覆碳層，也不能有效地消除電極附近的電解液中的HF，其改善高電壓性能不是很顯著
技術實現思路
鑒于
技術介紹
存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒及其制備方法，其能均勻穩定地包覆在正極活性材料顆粒。本專利技術的另一目的在于提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒及其制備方法，其能適用于鋰離子電池的高工作電壓。本專利技術的再一目的在于提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒及其制備方法，其能夠有效正極活性材料與電解液發生副反應。本專利技術的還一目的在于提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒及其制備方法，其能夠有效地消除其附近的電解液中的HF。本專利技術的又一目的在于提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒及其制備方法，其能夠提高鋰離子電池的高電壓循環性能。為了實現上述目的，在本專利技術的第一方面，本專利技術提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒，其包括:第一金屬氧化物層，包覆鋰離子電池正極活性材料顆粒；以及第二類碳類有機層，包覆第一金屬氧化物層，其中類碳類有機層為有機物形成內部呈高分子特性外部呈類碳性質的類碳類有機物。在本專利技術的第二方面，本專利技術提供一種表面包覆的鋰離子電池的正極活性材料顆粒的制備方法，其制備根據本專利技術第一方面所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，包括步驟:包覆第一金屬氧化物層:將金屬元素的鹽溶液或氧化物加入正極活性材料顆粒的懸浮液中，在規定反應條件下反應，之后過濾、干燥、煅燒得到包覆有第一金屬氧化物層的正極活性材料顆粒；包覆第二類碳類有機物層:將有機物溶于溶劑中，之后再加入包覆有第一金屬氧化物層的正極活性材料顆粒，反應后靜置，倒掉上層液而將下層中的固態料干燥，之后在保護氣體氛圍下煅燒，最后冷卻至室溫，即得到金屬氧化物-類碳類有機層復合材料包覆的正極活性材料顆粒。本專利技術的有益效果如下。采用金屬氧化物-類碳類有機層復合包覆，能有效均勻穩定地包覆在正極活性材料顆粒，能適用于鋰離子電池的高工作電壓，能夠有效防止正極活性材料與電解液發生副反應；當鋰離子電池電解液產生HF，其能夠有效地消除其附近的電解液中的HF。類碳類有機層在該層內部呈現高分子特性，保持與金屬氧化物以及正極活性材料顆粒具有良好的粘結性能，保證金屬氧化物包覆層以及類碳類有機層的穩定性；類碳類有機層在該層外部呈現無定形碳的性質，保證該層能夠有效的隔絕電解液，使得該有機層不會溶解/溶脹于電解液中。當金屬氧化物-類碳類有機層復合包覆的正極活性材料顆粒用于鋰離子電池時，鋰離子電池的高壓循環性能得以提高。附圖說明圖1為本專利技術的部分實施例和對比例樣品的掃描電鏡(SEM)圖片，其中(a):對比例3的無包覆的鋰離子電池正極活性材料(NCM) ；(b):對比例I的包覆氧化鋁的NCM ; (c):實施例2的氧化鋁-聚偏氟乙烯復合包覆的NCM ；圖2為實施例1-3和對比例1-3在0.3C/0.3C下的循環放電曲線；圖3為實施例2和對比例3在0.3C/0.3C下的循環放電曲線。具體實施例方式下面詳細說明根據本專利技術的以及實施例。首先說明根據本專利技術第一方面的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒。根據本專利技術第一方面的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒包括:第一金屬氧化物層，包覆鋰離子電池正極活性材料顆粒；以及第二類碳類有機層，包覆第一金屬氧化物層，其中類碳類有機層為有機物形成內部呈高分子特性外部呈類碳性質的類碳類有機物。在根據本專利技術所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒中，優選地，所述正極活性材料為 LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4' LiNia5Mnh5O4' LiFePO4' Li (CoxNiyMni_x_y)02(0<x+y<l)之一或其混合物。在根據本專利技術所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒中，優選地，第一金屬氧化物層中的金屬氧化物的金屬元素為Al、Mg、Cr、T1、Ru中的一種或多種。在根據本專利技術所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒中，優選地，所述有機物為至少含有氮和氟中的一種元素的有機物。更優選地，所述含氟的有機物選自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯；所述含氮的有機物選自聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰亞胺中的至少一種。在根據本專利技術所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒中，優選地，以鋰離子電池正極活性材料顆粒的質量計，第一金屬氧化物層的質量百分含量為0.02^1.5%，優選0.06、.4% ;第二類碳類有機層質量百分含量為0.008 0.5%，優選0本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，所述表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒包括：第一金屬氧化物層，包覆鋰離子電池正極活性材料顆粒；以及第二類碳類有機層，包覆第一金屬氧化物層，其中類碳類有機層為有機物形成內部呈高分子特性外部呈類碳性質的類碳類有機物。

【技術特征摘要】
1.一種表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，所述表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒包括: 第一金屬氧化物層，包覆鋰離子電池正極活性材料顆粒；以及 第二類碳類有機層，包覆第一金屬氧化物層，其中類碳類有機層為有機物形成內部呈高分子特性外部呈類碳性質的類碳類有機物。2.根據權利要求1所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，所述正極活性材料為 LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiNi0.5MnL504, LiFePO4, Li (CoxNiyMni_x_y)02(0<x+y<l)之一或其混合物。3.根據權利要求1所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，第一金屬氧化物層中的金屬氧化物的金屬元素為Al、Mg、Cr、T1、Ru中的一種或多種。4.根據權利要求1所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于， 所述有機物為至少含有氮和氟中的一種元素的有機物。5.根據權利要求4所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于， 所述含氟的有機物選自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯； 所述含氮的有機物選自聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰亞胺中的至少一種。6.根據權利要求1所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，以鋰離子電池正極活性材料顆粒的質量計， 第一金屬氧化物層的質量百分含量為0.02 1.5%,優選0.06 0.4% ； 第二類碳類有機層質量百分含量為0.008、.5%，優選0.032%。7.根據權利要求1所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，以鋰離子電池正極活性材料顆粒的質量計， 所述第一金屬氧化物與第二所述類碳類有機層的總質量百分含量為0.03^2.0%。8.根據權利要求1所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，所述表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒制成鋰離子電池時，鋰離子電池的工作電壓達4.5V。9.根據權利要求1所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，其特征在于，所述表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒制成鋰離子電池時，鋰離子電池的電解液中的鋰鹽含LiPF6。10.一種表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒的制備方法，其制備根據權利要求1-9中任一項所述的表面包覆的鋰離子電池正極活性材料顆粒，包括步驟: 包覆第一金屬氧化物層:將金屬元素的鹽溶液或氧化物加入正極活...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許國成，何金華，趙豐剛，陳勁松，
申請(專利權)人：寧德新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：