[发明专利]一种锂离子电池正极材料包覆改性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及是一种利用金属有机骨架材料(MOFs)对锂离子电池正极材料包覆改性的方法，属于新能源锂电池正极材料技术领域。

背景技术

当前所使用的锂离子电池正极材料都具有一些本征的缺点，例如在高电压下循环发生相变造成循环稳定性不好，电子电导率低和Li/Ni混排造成倍率性能差，容易与空气中的CO₂和H₂0发生反应生成LiCO₃和LiOH,造成高温气胀和循环性能下降，高脱锂状态下Ni⁴⁺的强氧化性趋于还原成Ni³⁺而释放O₂造成热稳定性差，针对这些问题，人们发现可以通过离子掺杂、表面包覆以及采用电解液添加剂等措施改善正极材料的电化学性能。

由于电极反应发生在电极/电解质界面，所以改变正极材料性能的一个有效方法就是对材料的表面进行包覆。包覆可以改善材料的可逆比容量，循环性能和倍率性能，以及热性能。但是包覆对电极性能的影响高度依赖于包覆层的性能、含量、热处理条件等。对于正极材料的包覆有三种传统的方法：(1)直接机械混合包覆：直接机械混合会导致涂布不均匀，还有些区域表面暴露，包覆的部分也会出现涂层粒子团聚。(2)化学气相沉淀法(CVD)：虽然能致密的连续的将正极材料包覆，但是由于方法的原因导致那些不导电和非多孔的材料也涂层在表面了。(3)共沉淀法(co-ppt)：共沉淀法同样不可避免的出现涂层粒子的团聚，包覆不均匀，和涂层裂纹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料包覆改性的方法，利用金属有机骨架材料(MOFs)对锂离子电池正极材料涂层包覆改性，让正极材料进入多孔的金属有机骨架材料(MOFs)的空隙中，烧结后的金属有机骨架材料的中心金属钛离子就生成氧化钛均匀的包覆在正极材料表面，具体包括以下步骤：

(1)在室温下，将有机钛盐、配体、模板剂和有机溶剂按照摩尔比为1：(1.5~3)：(15~30)：(40~60)的比例配成混合溶液，再将锂离子电池正极材料加入混合溶液中，使锂离子电池正极材料与混合溶液混合均匀得到混合物；其中，锂离子电池正极材料与有机钛盐的摩尔比为100：(0.5~3.0)；

(2)将步骤(1)得到的混合物加入转移到高压反应釜中，在120~200℃的温度下反应12～36h；

(3)将步骤(2)中反应完成后的浊液进行抽滤，滤饼真空干燥、研磨后过300目筛，研磨后的粉体，在200～580℃的温度下煅烧2～12个小时，即得到最终包覆好的锂离子电池正极材料。

优选的，本发明步骤中(1)所述模板剂为甲醇(CH₃OH)、甲酸(HCOOH)或者P₁₂₃(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物C₅H₁₀O₂)。

优选的，本发明步骤(1)中所述有机溶剂为二甲基甲酰胺(C₃H₇NO)。

优选的，本发明步骤(1)中所述配体为对苯二甲酸(HOOCC₆H₄COOH)或者二氨基对苯二甲酸(C₈H₇NO₄)。

优选的，本发明步骤(1)所述有机钛盐为钛酸正丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)、钛酸四丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)、钛酸丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)、钛酸异丙酯(C₁₂H₂₈O₄Ti)、异丙醇钛(Ti₄(OCH₃)₁₆)或者四异丙醇钛(C₁₂H₂₈O₄Ti)。

本发明所述锂离子电池正极材料可以是任意体系的锂离子电池正极材料和磷酸铁锂正极材料，优选三元镍钴锰锂离子电池正极材料LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，x+y+z=1)。

本发明的有益效果：