[发明专利]一种表面碳修饰锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种表面碳修饰锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

现在商业化的锂离子电池正极材料一般都采用钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂和三元材料等，它们的电压一般都在4V左右，能量密度都不高。随着数码产品显示屏越来越大以及显示分辨率越来越高，其对所用的锂离子电池能量密度要求也越来越高，而且随着一些新型的负极材料，像钛酸锂等的出现，其电压比较高，相对的要求正极材料的电压也越高。因此近年来，锂离子电池高压材料逐渐引起了人们的关注。

近年来，锂离子电池逐渐取代镍氢电池和铅酸电池，在电动汽车领域占有了很大的市场。锂离子动力电池采用的正极材料主要是锰酸锂和磷酸亚铁锂，它们都有自身的缺点。锰酸锂成本比较低，但是其在高温下的性能也较低。这是因为锰酸锂材料存在姜泰勒效应，材料结构不稳定，在高温下锰酸锂中的锰容易歧化生成二价的锰，溶解在电解液中，造成材料结构的破坏，引起电池的循环性能不畅。磷酸亚铁锂首次在1997年被发现可以用作锂离子电池正极材料，由于其稳定的结构和循环性能，做为下一代的锂离子电池正极材料而被人们所看好，但是其缺点也是很明显，电子电导率比较低，难以满足动力电池大倍率充放电的要求，特别是低温条件下，电池的性能更差，而且磷酸亚铁锂合成成本较高，使得价格也较高，阻止其进一步的大规模应用。人们对锰酸锂进行改进研究中发现掺杂过渡金属元素的锰酸锂电池电压会得到一定程度的提高，其中掺杂含镍的LiNi_0.5Mn_1.5O₄充放电电压为4.7V，其循环稳定性也得到了一定程度的改善。但是同锰酸锂一样，LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料也存在姜泰勒效应，高温时材料会溶解在电解液中引起电池的循环性能不佳，而且在4.7V以上进行充放电容易引起电解液的分解，也会使得电池的性能恶化。LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料虽然不存在电子电导率低的问题，但是LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的倍率性能也不是非常理想。

发明内容

本发明的目的在于克服LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料倍率性能不高的缺点，从而提供一种具有优异倍率性能的表面碳修饰锂离子电池正极材料及其制备方法。

本发明提出的这种表面碳修饰的锂离子电池正极材料的制备方法包括用固相法合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 以及羟醛树脂碳化修饰LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。

其制备方法如下：

固相法合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 包括：

(1)  将锂源化合物、锰源化合物和镍源化合物按摩尔比1.02:0.5:1.5的比例混合并研磨均匀；

(2)  将混合物在高温下烧结6～10小时；

(3)  将烧结完的材料进行二次研磨，然后再在高温下烧结6～10小时;

(4)  之后在高温下退火8～12小时，随炉冷却，得到LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

羟醛树脂碳化修饰LiNi_0.5Mn_1.5O₄包括：

(1) 以摩尔比1：5～15：1～3：2～6在水中加入LiNi_0.5Mn_1.5O₄、十六烷基三甲基溴化铵、间苯二酚和甲醛溶液，再加入少量的碳酸钠； 

(2) 在80～100℃条件下搅拌的并反应15～60分钟，得到表面包覆有羟醛树脂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，经过过滤、洗涤和烘干包覆有羟醛树脂的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料；

(3) 最后在管式炉惰性气氛中，碳化羟醛树脂，得到表面碳修饰的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。