[发明专利]对聚阴离子型锂离子电池正极材料进行碳层可控包覆的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种对聚阴离子型锂离子电池正极材料进行碳层可控包覆方法。

背景技术

聚阴离子正极材料Li_xMXO₄（M代表过渡金属元素，X代表磷、硅或硫，x为正数）作为一种新型的锂离子电池正极材料，具有环境友好、成本低廉、安全性好、比容量高、循环稳定性好等优点，特别适合用于电动车、储能电池等方面的动力电池应用。然而，由于这类材料自身的结构特性（一维Li⁺传输通道），其电子导电率和离子导电率低，使得在脱锂和嵌锂的过程中，电子不能及时的导入和导出，导致活性物质的利用率低，容量部分损失，难以满足动力电池大倍率充放电的要求。通过包覆易导电物质来提高导电性、或合成具有纳米尺寸颗粒的产品以缩短锂离子扩散路径是解决该村料电子导电率低和离子导电率低的主要方法，从而提高其倍率性能。

目前广泛采用的碳包覆方法主要为添加一种含C的有机物，如葡萄糖，蔗糖，柠檬酸，乙二醇等，通过高温碳热分解进行碳包覆。然而，通过碳热分解所包覆的碳层不很均一和连续，存在很多富碳区域（厚碳层）和贫碳区域（薄碳层），使得材料颗粒在各个方向的电子传输能力不均衡，因此在各个方向的电导率也不相同，容易产生极化现象。此外，通过该种方法进行包碳的反应条件比较苛刻，一般需要在高能球磨或高温水热反应的条件下进行，操作繁琐，且反应温度较高，不利于大规模应用。

中国专利200710011883.6中发明了一种气相沉积法以对LiFePO₄进行可控碳层包覆。发明中采用乙炔或丙烯作为碳源气体，通过改变化学气相沉积过程的参数（沉积温度，沉积时间，碳源气体体积百分比）使得所包覆的碳层厚度控制在2-50nm。此方法对设备要求高，需要单独置备乙炔或丙烯气体以及相关配气装置，不利于在常规实验室中操作。中国专利201010604083.7中发明了一种可控包覆FePO₄的方法，采用羟基苯甲酸作为有机碳源，通过改变羟基苯甲酸的用量来实现可控包覆。然而在此方法中，包覆反应需要在高温加热的条件下进行，且从专利所附的TEM图看出，包覆效果依然不很理想，碳层不很均一连续。

发明内容

本发明的目的是提供一种对聚阴离子型锂离子电池正极材料进行碳层可控包覆的方法。

本发明提供的对聚阴离子型锂离子电池正极材料的表面进行碳层包覆的方法为方法a或b；

其中，方法a包括如下步骤：

1）将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物；

其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II；

所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a；

所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b；

所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c；

2）将步骤1）所得中间产物a进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，

将步骤1）所得中间产物b与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，

将步骤1）所得中间产物c、含有锂离子的化合物及含铁化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；

方法b包括如下步骤：

3）将原料置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到中间产物；

其中，所述原料为聚阴离子型锂离子电池正极材料、前驱体I或前驱体II；

所述原料为正极材料时，所得中间产物记为中间产物a；

所述原料为前驱体I时，所得中间产物记为中间产物b；

所述原料为前驱体II时，所得中间产物记为中间产物c；

4）将步骤3）所得中间产物置于缓冲溶液中，再加入多巴胺盐酸盐固体粉末搅拌，收集沉淀，得到二次中间产物；

其中，所述中间产物为中间产物a时，所得二次中间产物记为二次中间产物I；

所述中间产物为中间产物b时，所得二次中间产物记为二次中间产物II；

所述中间产物为中间产物c时，所得二次中间产物记为二次中间产物III；

5）将步骤4）所得二次中间产物I进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，

将步骤4）所得二次中间产物II与含有锂离子的化合物混合进行煅烧，自然冷却至室温，完成所述碳层的包覆；或者，