[发明专利]表面包覆的锂离子电池正极活性材料颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的正极活性材料，尤其涉及一种表面包覆的锂离子电池正极活性材料颗粒及其制备方法。

背景技术

1991年，日本索尼(Sony)公司率先将锂离子电池商业化，与传统铅酸镍氢电池相比具有高能量密度、高电压、低自放电率和重量轻等优点，在各种领域迅速得到广泛应用。其中笔记本电脑、手机、移动工具、电动汽车等高科技领域对锂离子电池的性能要求日益提高，尤其是对电池的体积能量密度和重量能量密度的要求更为苛刻。

目前已商业化的锂离子电池的能量密度成为其广泛应用的限制条件之一。影响能量密度的主要因素涉及到正负极材料(主要影响克容量及工作电压窗口)、电解液及电池结构设计等。为了提高电池的能量密度，业界在高容量的电极材料开发方面已做出大量的研究工作并取得较大进展。例如，Atsushi Ito等人在Journal of Power Sources杂志的Volumes183中报道层状Li(Ni_0.17Li_0.2Co_0.07Mn_0.56)O₂新材料的克容量发挥高达250mAh/g。DenisY.W.Yu等人在Journal of The Electrochemical Society杂志的Volumes156中报道层状Li₂MnO₃新材料克容量发挥高达260mAh/g。虽然这些新材料能够发挥较高的克容量但其循环性能较差，并且合成工艺不成熟，目前很难用于工业化大生产。所以业界技术人员开始开发现有材料(如LiCoO₂、Li(Co_xNi_yMn_1-x-y)O₂等)的高电压运用，目前商业化的LiCoO₂、Li(Co_xNi_yMn_1-x-y)O₂等材料大多是在4.2V下使用的，克容量为140~150mAh/g，但其理论容量为274mAh/g。如果提高工作电压，克容量和工作平台都会相应的提高。但是在高电压条件下，正极活性材料本身会发生不可逆相变，同时正极活性材料的界面会与电解液发生强烈的副反应，如电解液在正极表面分解且分解物会附着在正极表面，使得电池的电化学性能恶化并降低电池的安全性能，因此LiCoO₂、Li(Co_xNi_yMn_1-x-y)O₂等材料在高电压条件下应用得到限制。

锂离子电池正极活性材料的传统包覆方法是在活性材料表面包覆一层氧化物或碳层，虽然能适当提高高电压性能，但也有许多不足之处。

单一的氧化物层或碳包覆层不足以有效地均匀包覆在活性材料表面，从而不能有效隔绝活性材料与电解液接触，继而在高电压下电解液与活性材料表面接触会导致电池性能恶化。

另外，氧化物层或碳包覆层是吸附而不是粘接在活性材料表面，因此随着高电压循环的进行，许多包覆层颗粒会从活性材料表面脱落，从而失去包覆效果，继而在高电压下造成电解液与活性材料完全接触，导致电池性能急剧恶化。

此外，当电解液中的锂盐采用LiPF₆时如果单层包覆碳层，也不能有效地消除电极附近的电解液中的HF，其改善高电压性能不是很显著。

发明内容

鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种表面包覆的锂离子电池的正极活性材料颗粒及其制备方法，其能均匀稳定地包覆在正极活性材料颗粒。

本发明的另一目的在于提供一种表面包覆的锂离子电池的正极活性材料颗粒及其制备方法，其能适用于锂离子电池的高工作电压。

本发明的再一目的在于提供一种表面包覆的锂离子电池的正极活性材料颗粒及其制备方法，其能够有效正极活性材料与电解液发生副反应。

本发明的还一目的在于提供一种表面包覆的锂离子电池的正极活性材料颗粒及其制备方法，其能够有效地消除其附近的电解液中的HF。

本发明的又一目的在于提供一种表面包覆的锂离子电池的正极活性材料颗粒及其制备方法，其能够提高锂离子电池的高电压循环性能。