一種鋰離子電池正極材料及其制備方法技術

本發明專利技術屬于鋰離子電池正極材料技術領域，涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。本發明專利技術的制備方法包括以下步驟：（一）正極電極基材的預處理，取常規方法制取的正極材料，篩分后高溫煅燒；（二）包覆含硅化合物，將正極材料超聲分散于含硅化合物溶液中，加熱攪拌至干燥，高溫煅燒；（三）包覆碳材料，將一層包覆的正極材料超聲分散于碳材料溶液中，加熱攪拌至干燥，高溫煅燒。由本發明專利技術的鋰離子電池正極材料的容量保持率和倍率性能都有所提高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電化學
，特別涉及。
技術介紹
鋰離子電池具有比能量大、工作電壓高、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應以及環境友好等優點，而被廣泛應用于便攜式電子設備領域。而作為正極材料的物質也在不斷的擴展，作為鋰離子電池中的重要組成部分，一直制約著鋰離子電池的大規模推廣應用，主要表現在大倍率下放電比容量低，以及循環性能差，一直以來通過表面包覆改性是一種很好的改善正極材料電化學性能的方法。Ying Wang 等(Nanoscale, 2011，3:1465)用原子層沉積法在 LiMn2O4 的表面包覆一層納米厚度的Al2O3來提高LiMn2O4的循環性能,發現包覆后的LiMn2O4循環性能有很大改善。然而僅僅是從減少活性物質與電解液直接接觸的角度對材料進行表面修飾，而沒有考慮到包覆層對材料導電性的影響。目前，通過提高材料的電子導電性來改善材料的電化學性能依然是材料改性領域的主流。C.Y.Wu (The Journal of Physical ChemistryC, 2011，10)等人采用化學氣相沉積法原位合成出LiFeP04/C纖維復合材料提高了其電化學性能。Byoungwoo Kang&Gerbrand Ceder(nature, 2009, 3:485)提出的，在超高的放電倍率下依然可以獲得高的能量密度，是通過在LiFePO4的表面形成一層磷酸鹽來實現的。然而，盡管其放電性能明顯提高，卻是通過添加大量的導電劑來彌補電子導電性的缺陷。由于提高了導電劑的用量，使得活性物質含量降低，從而使整體材料的比容量有明顯降低。因此，需要一種能兼顧鋰離子導出與電子導出的方法來提高材料的電化學性能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于通過在正極材料表面包覆具有特殊性質的物質，從而提高材料的電化學性能。 本專利技術提供了一種鋰離子電池復合正極材料，該復合正極材料具有雙層包覆結構，主要由電極基材、內層含硅化合物的包覆層和外層碳材料的包覆層構成，作為優選:電極基材選自鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、Li (Nil73Col73Mnl73)O2材料或FeF3.0.33H20 材料；作為優選:含硅化合物在復合正極材料總質量中，所占質量百分數為0.5wt%^10wt% ；作為優選:碳材料在復合正極材料總質量中，所占質量百分數為0.5wt°/Tl0wt%。本專利技術還提供了一種上述鋰離子電池復合正極材料的制備方法，具體步驟為:第一步，正極電極基材的預處理，取常規方法制取的正極材料，篩分得到粒徑ΓΙΟ μ m大小的材料顆粒，40(T600°C下煅燒除雜質，作為優選:材料顆粒為球形形貌；第二步，包覆含硅化合物，在質量百分數范圍內，稱取含硅化合物，配成含硅化合物溶液，濃度為0.0rimmol/L,加入第一步得到的正極材料，超聲分散0.5^2h,得到均勻懸濁液，繼續磁力攪拌，并于30— 40°C范圍內加熱，直至物料完全干燥，所得到的物料在400^6000C的溫度范圍內，空氣氛下煅燒2 4h，得到含硅化合物包覆的正極材料，作為優選:含硅化合物溶液選自，Li2SiO3的水溶液、Li4SiO4的水溶液或正硅酸乙酯的無水乙醇溶液，作為優選:質量百分數范圍是0.5wt% 10wt% ；第三步，包覆碳材料。在質量百分數范圍內，稱取蔗糖，溶解于適量蒸餾水中，得到0.0r2mol/L的蔗糖水溶液，加入第二步得到的含硅化合物包覆的正極材料，超聲分散0.5 2h，得到均勻懸濁液，繼續磁力攪拌，并于40—50°C范圍內加熱，直至物料完全干燥。所得到的物料在40(T60(TC的溫度范圍內，氮氣氛下煅燒f 3h，得到雙層包覆的復合正極材料，作為優選:質量百分數范圍是0.5wt°ri0wt%o本專利技術的有·益效果是:本專利技術制備方法簡單，制備的電極材料，具有較高的容量保持率與放電容量。附圖說明圖1為球形錳酸鋰的掃描電鏡圖；圖2為兩層包覆復合正極材料(LiMn204/Li2Si03/C)的透射電鏡圖；圖3為兩層包覆復合正極材料(LiMn204/Li2Si03/C)與碳包覆正極材料的循環性能對比圖；圖4為兩層包覆復合正極材料(LiMn204/Li2Si03/C)與碳包覆正極材料的倍率性能對比圖。具體實施例方式實施例1:一種雙層包覆鋰離子電池正極材料LiMn204/Li2Si03/C的制備:(I)配制 0.5mol/L 的 MnSO4 溶液 20mL 和 0.lmol/L 的 NH4HCO3 溶液 IOOmL ；稱取0.08g十二烷基磺酸鈉溶于上述NH4HCO3溶液中，將NH4HCO3溶液緩慢滴加到所配的MnSO4溶液中，并不斷攪拌。反應溫度控制在30°C — 35°C，pH值控制為6— 8 (用NH3.H2O控制pH)，反應時間為30min。滴加結束后，繼續攪拌15min。抽濾、洗滌得白色沉淀MnCO3，按Li/Mn化學計量比1.03:2稱取Li2CO3，將MnCO3和Li2CO3加入到研缽中充分混合均勻后，置于剛玉舟中，于馬弗爐中程序升溫至560°C，保溫4h后繼續升溫至750°C，保溫10h，得到球形LiMn2O4，其掃描電鏡圖如圖1所示；(2)按該復合正極材料LiMn204/Li2Si03/C總質量的0.5wt%,稱取Li2SiO3,溶于蒸餾水中，配成0.05mmol/L的Li2SiO3溶液。將球形LiMn2O4加入其中，超聲分散lh，得到分散均勻的懸濁液，移到磁力加熱攪拌器上，繼續磁力攪拌并40°C加熱，直至物料干燥，將干燥物料移入剛玉舟中，于馬弗爐中程序升溫至600°C，保溫4h，得一層Li2SiO3包覆的球形LiMn2O4 ；(3)按炭含量占該復合正極材料LiMn204/Li2Si03/C總質量的0.5wt%，稱取鹿糖，溶于蒸餾水中，配成0.05mol/L的蔗糖水溶液，將一層包覆球形LiMn2O4加入其中，超聲分散30min得到分散均勻的懸濁液，移到磁力加熱攪拌器上，繼續磁力攪拌并40°C加熱，直至物料干燥，將干燥物料移入剛玉舟中，真空管式爐中程序升溫至400°C，氮氣氛下保溫lh，得到復合正極材料:LiMn204/Li2Si03/C。對比實施例1A:球形LiMn2O4正極材料的制備方法如實施例1所述；按該復合正極材料LiMn2O4/Li2SiO3總質量的lwt%，稱取Li2SiO3，溶于蒸餾水中，配成0.05mmol/L的Li2SiO3溶液。將球形LiMn2O4加入其中，超聲分散lh，得到分散均勻的懸濁液，移到磁力加熱攪拌器上，繼續磁力攪拌并40°C加熱，直至物料干燥，將干燥物料移入剛玉舟中，于馬弗爐中程序升溫至600°C，保溫4h，得一層Li2SiO3包覆的復合正極材料:LiMn204/Li2Si03。對比實施例1B:球形LiMn2O4正極材料的制備方法如實施例1所述；按炭含量占該復合正極材料LiMn204/C總質量的lwt%，稱取蔗糖，溶于蒸餾水中，配成0.05mol/L的蔗糖水溶液，將球形LiMn2O4加入其中，超聲分散30min得到分散均勻的懸濁液，移到磁力加熱攪拌器上，繼續磁力攪拌并40°C加熱，直至物料干燥，將干燥物料移入剛玉舟中，真空管式爐中程序升溫至400°C,氮氣氛下保溫Ih,得到碳包覆復合正極材料:LiMn204/C。實施例1、對比實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池復合正極材料，其特征在于：所述的鋰離子電池復合正極材料具有雙層包覆結構，主要由電極基材、內層含硅化合物的包覆層和外層碳材料的包覆層構成。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池復合正極材料，其特征在于:所述的鋰離子電池復合正極材料具有雙層包覆結構，主要由電極基材、內層含硅化合物的包覆層和外層碳材料的包覆層構成。2.按權利要求1所述的鋰離子電池復合正極材料，其特征在于:所述的電極基材選自鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、Li (Nil73Col73Mnl73) O2材料或FeF3.0.33H20材料。3.按權利要求1所述的鋰離子電池復合正極材料，其特征在于:所述的含硅化合物在復合正極材料中，所占的質量百分數為0.5wt°/Tl0wt%。4.按權利要求1所述的鋰離子電池復合正極材料，其特征在于:所述的碳材料在復合正極材料中，所占的質量百分數為0.5wt°/Tl0wt%。5.按權利要求1至4任一項所述的鋰離子電池復合正極材料的制備方法，其特征在于:具體步驟為， 第一步，正極電極基材的預處理，取常規方法制取的正極材料，篩分得到粒徑廣10 μ m大小的材料顆粒，40(T600°C下煅燒除雜質； 第二步，包覆含硅化合物，在質量百分數范圍內，稱取含硅化合物，配成含硅化合物溶液，濃度為0.0rimmol/L,加入第一步得到的正極...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張漢平，孫曉輝，杜青，李成鋼，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：