[发明专利]锂离子电池正极改性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池正极改性材料的制备方法。

背景技术

自从上世纪九十年代初期Sony等公司商业化了第一代锂离子电池以来，锂离子电池技术已经获得了突飞猛进的发展，其应用领域，也已经从普通的消费电子类产品电源，拓展到诸如能量储存，汽车动力以及后备电源等领域。但是正极材料的发展却极大的限制了锂离子电池在这些领域的应用。目前已经商业化的正极材料中，普及率最高的钴酸锂材料虽然具有相对较高的能量密度，但是安全性较差，成本过高，而尖晶石锰酸锂材料的高温循环性能较差。具有高安全性和优秀循环性能的材料LiFePO₄也存在锂脱嵌电位低，本征密度小等问题，这使其能量密度较低。在使用这种低能量密度的材料制备电池时，无法保证纯电动汽车的长续航里程，这已经成为制约锂离子电池应用于纯电动汽车和储能等领域的技术瓶颈。因此，开发具有相对较高能量密度的正极材料已经成为一个热点问题。一个申请号为201110278978.0的发明专利,提供了一种高温性能稳定的锂离子电池用正极材料,该材料中镍的含量占23%以上，该材料的微观颗粒形貌从SEM图上看为一次颗粒团聚成二次类球形，同过控制形成二次类球形的一次颗粒的尺寸大小可以得到高温性能稳定的锂离子电池用正极材料。但是其并没有解决安全性较差，成本过高，高温循环性能较差，锂脱嵌电位低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前的锂离子电池正极材料存在的安全性较差，成本过高，高温循环性能较差，锂脱嵌电位低的问题，提供一种锂离子电池正极改性材料的制备方法，通过该方法制备的锂离子电池正极改性材料不仅安全性高，能量密度高，锂离子传导率高，且具有良好的电化学性能和高温循环稳定性。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池正极改性材料的制备方法，采用以下步骤：

1）将电池正极材料以1-2:1的球料比进行球磨5-10小时，然后在900℃-1200℃下煅烧3-5小时，得初料；球磨可以使得电池正极材料的粒径更小，比表面积增大，更有利于下一步与其它添加物的接触，煅烧能够使得电池正极材料活化，利于下一步的反应，采用900℃-1200℃的高温可以尽可能地对电池正极材料的活化，温度过低，不能达到要求。

2）将聚乙烯醇溶于65℃-75℃的水中，加入葡聚糖、双乙二酸硼酸锂、稀土氧化物和步骤1）的初料，混合均匀，搅拌1-3h；然后微波加热升温至82℃-95℃，保持2-4h；接着微波加热至100℃-150℃下干燥5-10h，然后研磨均匀，氮气气氛下于710℃-900℃处理2-4h，得到稀土改性料；采用凝胶溶胶法将稀土氧化物附着在电池正极材料上，其中葡萄糖提供了碳源，从而便于生成非晶相的C，进而提高电子电导率。微波加热技术可以促进稀土氧化物与锂离子电池正极材料的结合和掺杂；氮气气氛下的高温处理增加稀土氧化物与锂离子电池正极材料的活性，促使二者掺杂结合，形成良好的尖晶石结构，此时的热处理温度不宜过高，过高不利于稀土与电池正极材料的反应，温度过低，反应条件不理想。通过掺杂稀土元素，起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定骨架结构的作用，稀土离子的引入可以部分取代原有的其它离子，由于稀土离子的离子半径通常较锂盐中其他离子的大，因此稀土掺杂锂材料的晶胞参数比未掺杂材料大，在一定程度上扩充了锂离子迁移的三维通道，更有利于锂离子的嵌入与脱嵌，从而有效提高了锂离子电池正极材料的电化学循环可逆性及循环稳定性。

3）将步骤2）得到的稀土改性料中加入重量比为1.1-3.5%的纳米银粉，在氮气气氛下球磨3-8h；然后氮气气氛下于500℃-600℃处理2-5h，得到锂离子电池正极改性材料。通过对电池正极材料掺杂稀土元素可以提高锂离子的传导率，但是由于只有电子电导率和锂离子传导率同时有所改善才能提高其大倍率放电时的容量，因此通过在电池正极材料外包覆银，可以提高电子电导率，从而和稀土掺杂相结合，达到提高大倍率放电时的容量的目的。