[发明专利]一种掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料及其制备技术领域，特别是提供了掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是新型高能绿色电池的佼佼者，它是在锂电池的基础上发展起来的一种新型二次电池。锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、工作电压高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应、无污染等优点，是目前最先进的一种绿色二次电池。自问世以来，已广泛应用于移动通讯工具、相机、笔记本电脑等便携式电子设备中，并逐渐应用于电动自行车和电动汽车等交通工具上。锂离子电池一般包括正极、负极、隔膜，以及电解液。近几年来，负极材料和电解质的研究都取得了较大的进展，相对而言，正极材料的发展较为缓慢，商品化锂离子电池中正极材料的比容量远远小于负极材料。锂离子电池正极材料作为锂离子电池关键因素，直接影响着锂离子电池的整体性能。因此开发成本低、容量高、电化学性能稳定的正极材料，成为近年来研究锂离子电池的重点课题。

目前常见的锂离子电池正极材料主要有：LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄及LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂等。但是，上述正极材料都有各自的缺点：LiCoO₂高电势下结构不稳定，实际容量仅为理论容量的一半；LiNiO₂晶体稳定性差、循环性能严重不足；LiMn₂O₄中Mn²⁺容易溶解于电解液中造成容量衰减较快；LiFePO₄的电导率差造成锂离子脱嵌困难，而LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂存在首次充放电效率低、结构稳定性和循环稳定性有待提高的问题。因此，所有电极材料普遍面临一个共同的问题：随着循环次数的增加，电极的充放电容量和循环可逆性能会逐渐衰减，最终导致电池失效报废。研究发现，电解液分解引起正极材料表面变质是导致容量衰减的主要因素。正极材料本身的电势较高，脱锂态正极材料具有较强的氧化性，使得在电极表面的电解液不停地被氧化分解，生成了碳质纳米结构，并负载到材料的表面，形成碳化膜，这层膜严重阻碍了锂离子的正常脱嵌，随着循环次数的增加，有效锂将会越来越少，造成容量严重衰减。目前有效解决这一问题的方法是对材料表面进行包覆改性，通过改变电极的表面状态可以提高正极材料的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性能等。

目前常用来包覆正极材料的物质主要有Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、ZnO、LiAlO₂等金属氧化物和单质碳。这些包覆物都显著的提高了正极材料的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性能，但是都存在一个很重要的缺点：造成首次放电容量下降。研究发现：包覆物质的电导率是影响正极材料首次放电容量的重要因素，电导率包括离子电导率和电子电导率。上述的金属氧化物有一个共同点就是电导率低，这可能是造成正极材料首次放电量下降的原因。ZnO是一种半导体，其导电能力很低，但是掺杂铝元素的氧化锌却变成一种导电能力优秀的氧化物。目前，已经广泛应用于太阳能电池导电玻璃就是利用掺铝氧化锌优秀的导电能力这一特点。因此，本发明将用导电能力优秀的掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料，以期在提高正极材料的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性的基础上，还能不降低正极材料的首次放电量。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料的制备方法，采用表面包覆技术在锂离子电池正极材料表面包覆掺铝氧化锌，在提高正极材料的循环性能的前提下，还能不降低材料的首次放电量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将锌盐和铝盐溶解在溶剂中，在恒温水浴中机械搅拌，使锌盐和铝盐完全溶解形成透明溶液。

(2)在溶液中加入稳定剂，继续搅拌一段时间，得到无色透明的掺铝锌溶胶。

(3)将锂离子电池正极材料加入到溶胶中，持续搅拌直到溶胶中的溶剂完全挥发。

(4)将产物在80-150℃烘箱中完全烘干，得到黑色的表面包覆有水解产物的锂离子电池正极材料。