[发明专利]一种锂离子电池正极材料表面包覆金属氧化物的方法

说明书

一种锂离子电池正极材料表面包覆金属氧化物的方法，包括以下步骤：(1)将正极材料与模板剂加入到分散溶剂中，得到分散液；(2)在超声和搅拌下向分散液中加入尿素与金属离子溶液并使其混合均匀生成沉淀颗粒；控制反应温度40～70℃；(3)将步骤(2)反应完成后所得的溶液进行水热反应，将所得的溶液经抽滤、洗涤、干燥和焙烧，即得。本发明可以有效减小包覆的金属氧化物粒子颗粒尺寸，提高包覆层的均匀度。本发明工艺过程简单，易于控制，环境友好，材料的性能尤其循环性能得到显著改善。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及锂离子电池正极材料的表面包覆金属氧化物的方法。

背景技术

面对世界经济的飞速发展和能源需求的不断增加，加快能源研究步伐、开发矿物燃料的替代能源，已成为摆在全人类面前的一项紧迫的任务。无论从发展空间，还是从寿命、比能量、工作电压和自放电率等技术指标来看，锂离子电池都是当前最有竞争力的二次电池。而锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能，尤其是正极材料的选择和质量直接决定着锂离子电池的特性和价格。因此，廉价高性能正极材料的开发一直是锂离子电池研究的重点。特别是正极材料的研究正受到越来越多的重视。锂离子电池正极材料具有工作电压高、比能量大、安全性好、能量密度大等显著的优点，但其应用于电池体系中的循环性能，倍率性能以及加工性能仍需要很大程度上的改进。因此需要对锂离子电池正极材料进行改性。

包覆是目前行之有效的一种表面改性方法，材料表面包覆一层物质后，可以将正极材料中的活性物质与电解液隔离开来，从而抑制了电解液中副反应的发生，抑制材料在充放电过程中的结构破坏，提高了材料表面的结构稳定性，增加了材料的循环寿命。目前的包覆材料普遍存在着导电性低和界面阻抗大等缺点，并且很难获得均匀的包覆层和可控的纳米级包覆物质，这对于正极材料的性能发挥有很大的影响。

传统的包覆方法，如包覆氧化铝等，难以抑制包覆物质在转化过程中自行成核，包覆物质的粒径难以控制。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，本发明提供了一种锂离子电池正极材料表面包覆金属氧化物的方法，解决现有技术中包覆难度大的问题，可以有效减小包覆的金属氧化物粒子颗粒尺寸，包覆层均匀。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

步骤(1)：将正极材料与模板剂加入到分散溶剂中，得到分散液；

步骤(2)：在超声和搅拌作用下向分散液中加入尿素与金属离子溶液混匀反应生成沉淀颗粒；控制反应温度40～70℃；

步骤(3)：将步骤(2)反应完成后所得的溶液进行水热反应，将所得的溶液经抽滤、洗涤、干燥和焙烧，即得。

由于本发明需要生成稳定且均匀包覆层，本发明一方面通过模板剂大分子通过静电荷吸引作用与均匀吸附在被包覆正极材料表面；另一方面，在超声及搅拌及反应温度的协同作用下尿素在水溶液均匀而缓慢的释放氢氧根离子，与金属离子生成颗粒细小的沉淀物，这些沉淀物又与前步加入的模板剂分子紧密作用，定向沉积到正极材料表面，模板剂的大分子结构可以通过空间位阻作用来限制沉淀粒子的团聚，可使得沉淀颗粒晶体细小均匀、生长有序、晶胞结构完整。另外，发明人的方案所突出的技术效果且意料不到的技术效果还体现在通过本发明方案的实施成功地在正极材料表面包覆了一层粒度分布均匀的纳米氧化物，实现了反应体系在分子水平上的扩散，促进固体新相的生成，控制了氧化物粒子形态，并减小了颗粒尺寸，提高了包覆层的均匀度，包覆后的100圈后容量保持率提高了至少10％以上。可见，本发明的各个步骤及反应条件之间相辅相成，起到了良好的协同增效作用。发明人没有想到的是本发明的方案需要严格控制第(2)步的反应温度为40～70℃，才能对包覆后的100圈后容量保持率有提高效果否则反倒起到反作用。