[发明专利]锂离子电池用高能量密度型镍系复合正极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用正极材料，特别是涉及一种锂离子电池用高能量密度型镍系复合正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高电压、质量轻、高比能力、无记忆效应、自放电小，寿命长等优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑等领域，而且逐步应用于电动汽车和储能设备。尤其是在航空航天领域，由于特殊的使用环境使其与地面使用的锂离子电池相比有着显著的差别，主要表现在：由于体积与重量受到飞行器的限制，对质量能量密度和体积能量密度以及安全性能和可靠性能有更高的要求。

在目前商品化的锂离子电池正极材料中，应用最广泛、最为成熟的正极材料为钴酸锂(LiCoO₂)。但是LiCoO₂的克容量仅为140mAh/g.相对较低，很难满足需求。近些年来镍钴二元系LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂材料得到迅速发展，其安全性好、成本低。其放电比容量≥190mAh/g，高出LiCoO₂容量约40％，可以使锂离子电池组具有很高的能量密度。尽管其比容量高，但高镍系材料还存在一些缺陷：1)合成条件苛刻，Ni²⁺很难氧化成Ni³⁺，形成非化学计量比的化合物；2)在充电后期处于Ni⁴⁺氧化性强，会分解电解液，腐蚀集流体，释放出大量的气体和热量，导致电池热稳定性差。3)由于部分锂位被占据，在脱锂过程中Ni²⁺被氧化成半径更小的Ni³⁺，导致材料层级结构塌陷，造成循环性能的降低。

因此通过有效手段将少量的包覆材料均匀的包覆在材料表面，可以有效抑制材料与电解液的接触，产生副反应，从而改善高镍系材料的安全性能和循环稳定性能。

目前已经有很多专家或学者对如何提高锂离子电池正极材料的上述性能做过大量工作。L.J.Fu用ZnO、MgO、AlPO₄等处理钴酸锂和镍钴酸锂表面以提高材料的循环性能。G.Q.Liu用ZrO₂处理包覆钴酸锂表面。NinaKosova通过液相法在钴酸锂表面包覆纳米级a-Al₂O₃。经过这些氧化物包覆改性后的正极材料性能得到一些改善，但仍旧不能满足商业要求。文献曾经报道，用介孔二氧化硅层包覆在Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂表面，利用二氧化硅突出的稳定性和优秀的电化学性能，改善了三元材料的稳定性和高温循环性能。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用高能量密度型镍系复合正极材料及制备方法，该方法可以有效的提高高镍系材料的循环性能和安全性能，提高材料的导电性，达到材料的快速充放电性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池用高能量密度型镍系复合正极材料，所述的复合正极材料是用Li₂O·mSiO₂和Li(Ni_1-x-yCo_xM_yM’_z)O₂复合，且由一层SiO₂包覆在Li(Ni_1-x-yCo_xM_yM’_z)O₂表面。

所述的Li(Ni_1-x-yCo_xM_yM’_z)O₂，其中M和M’为Mn、Al、Mg、Ti、Sr、Zr中的一种，0.1≤x≤0.2，0≤y≤0.1，0≤z≤0.1。

所述的锂离子电池包覆层为10-1000nm。

所述的SiO₂采用纳米级的酸性硅溶胶。

上述的锂离子电池用高能量密度型镍系复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：