[发明专利]一种锂离子电池正极活性材料的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，具体就是对锂离子电池的正极活性材料进行改性的方法。

背景技术

锂离子电池由正极片、负极片、间隔于正负极片之间的隔离膜、以及电解液组成。正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，依靠两极间锂离子浓度差实现电子传导而对外放电。锂离子电池由于工作电压高(3.6V，是镉-镍、氢-镍电池的三倍)、体积小(比氢-镍电池小30％)、质量轻(比氢-镍电池轻50％)、比能量高(140Wh/kg，是镉-镍电池的2～3倍，氢-镍电池的1～2倍)、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪清洁能源的研究热点和发展趋势。

锂离子电池正极包括正极集流体和正极活性材料，目前市场上有五种较为常见的正极活性材料：磷酸铁锂(LiFePO₄O₂)、钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)和锂镍钴锰三元材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0≤x＜1，0≤y＜1))，但上述由传统工艺生产的正极活性材料由于容易与电解液发生副反应，以及活性材料自身的氧化和高温容易产生相变，这就造成锂离子存在充电电压低、高低温循环性能差以及安全性能差等问题。

基于此，研究如何改进正极活性材料的性能从而提高锂离子电池的整体性能成为了锂电池领域的研究热点。Cho.J.和Kim.Y.J等人于2001年就揭示：通过在正极活性材料表面包覆纳米层级的金属氧化物可以提其结构稳定型，进而提高锂离子电池的能量密度和安全性能等。现有技术亦公开了通过液相沉淀法在正极活性材料表面包覆金属氧化物的工艺方法，其主要步骤就是先将含金属的盐类化合物水解，然后将正极活性材料与水解液搅拌混合，使水解物质包裹到活性材料表面，然后将活性材料从溶液中过滤出来，继而进行烘干、烧结使金属的水解物失水转变为金属氧化物，也就使金属氧化物附着在正极活性材料的表面。然而，采用这样的方法制备正极活性材料，由于加工过程中搅拌混合的流场不均一、不平稳、混合时间控制难以掌握，混合后未清洗或清洗不足或者清洗过度，都导致每个正极活性材料颗粒局部环境不一致，因此存在包覆膜厚度、包覆膜分布不均匀等问题，大大制约了锂离子电池性能的提升空间。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种锂离子电池正极活性材料的改性方法，利用这样的方法可以使金属氧化物在正极活性材料表面包覆得更均匀，显著提高锂离子电池的整体性能。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种锂离子电池正极活性材料的改性方法，步骤包括：

a、将含有金属元素的盐类化合物的水解液与正极活性材料充分搅拌混合并用碱性物质调节混合物的pH值在2～10之间；

b、将混合物离心分离去除溶液，然后将正极活性材料用水溶性液体冲洗，直到冲洗液的pH在1～7之间；

c、将冲洗后的正极活性材料在保护气体的保护下烘干、烧结。

由上述技术方案可知：本发明的方法中提供了利于盐类化合物中的金属离子水解的碱性环境，便于金属离子充分水解并附着在正极活性材料表面，然后将混合物离心处理，离心处理可以将多余的溶液和金属离子的水解物去除，避免金属离子的水解物局部堆积在活性材料表面，并且可以利用金属离子的水解物质本身的表面分子间的力实现其在活性材料表面的重新均匀分布，然后用亲水物质冲洗活性材料，继而烘干、烧结使金属离子的水解物脱水变成金属氧化物，这样的金属氧化物自然也就在活性材料表面包覆呈更紧密而均匀的膜，金属氧化物在活性材料表面形成的保护膜或称钝化膜，可以有效避免正极活性材料被氧化或者在高温环境产生相变或者发生副反应，水解液被冲洗后就避免了其它物质残留在活性材料表面，进一步避免了锂离子电池的副反应，提高了锂离子电池的整体性能。

附图说明

图1中A、B、C、D均为正极活性材料LiCoO₂包覆ZrO_n的SEM图，其中A、B为放大3000倍的成像，C、D为放大10000倍的成像；A、C为未采用离心处理制成的样品，B、D为经过离心工序处理所制备的样品；