[发明专利]经表面处理的锂离子电池正极活性物、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种正离子化改性处理的正极活性物，及其制备方法。并使其表面易于形成碳材料的包覆层，从而获得一种表面具有碳材料保护层的正极活性物复合物。同时还提供了一种使用了该复合物的锂离子电池，减少了正极活性材料与电解液的接触，减少副反应，可以获得稳定的容量保持率，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种经表面处理的锂离子正极活性物及其制备方法。

同时本发明属于石墨烯材料领域，具体涉及一种石墨烯包覆本发明的经表面处理的锂离子电池正极活性物而得的复合物以及含有该复合物的锂离子电池，特别是一种具有高循环性能的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池近年来在电子产品、汽车等领域中得到了广泛的应用。同时各个应用也不断对锂离子电池的性能提出更高的要求。目前迫切需要解决的问题之一就是如何提升锂离子电池的使用寿命，也即提升锂离子电池的循环性能。

导致锂离子电池的循环寿命下降的原因主要是正极活性材料在使用中经历反复充放电后发生了劣化造成的，从而导致电池整体的充电和放电容量都发生下降。造成劣化的原因往往被认为是由于正极活性物与电解液接触发生了副反应所致。与电解液接触的正极活性物中会有金属元素溶出，导致正极材料的结构遭到破坏，还会吸附于负极表面造成SEI膜的破坏，并催化电解液的分解，导致整体电池性能的下降。正极活性物中一旦局部发生劣化，将会加速其附近区域劣化的出现。因此很有必要对正极活性物的表面进行保护，避免其与电解液的直接接触，从而减少局部劣化的发生。

对正极活性物的表面保护的要求是要充分包覆，隔绝电解液与正极活性物的接触。同时保证锂离子和电子能够在其间顺利通过。现在对正极活性物的表面保护方法主要有：1、材料颗粒表面包覆Al₂O₃，AlPO₄等金属化合物材料。存在的问题是工艺复杂、包覆均匀性难保证、且包覆层影响活性物粒子之间的电子传导性。2、在正极活性物材料搀杂加少量其他元素，提高材料自身结构的稳定性，例如Al、Mg、Cr等。但这种方法需要在前驱体阶段加入，且由于存在离子占位的问题难以保证容量，影响材料的整体性能。3、在电解液中添加成膜添加剂，例如VC、FEC等，在正极的表面形成一层有机保护层。但这种方法存在耐久性欠佳的问题。

石墨烯作为一种层状材料兼具了电子传导性和大分子的阻隔性，有在锂离子电池正极活性物表面保护领域应用的前景。使用石墨烯有效降低正极活性物劣化的方法，要求对正极活性物表面进行完全包覆，且该包覆层要足够薄。但现有技术公开了一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，强调了其特点在于电极活性材料表面所包覆的石墨烯呈非连续分布，利于锂离子从非连续石墨烯的缺陷处嵌入和嵌出。但这种方法显然不能阻隔正极活性物与电解液的接触，正极劣化仍不可避免(专利CN 102412396 B)。

发明内容

本发明的课题是鉴于上述情况提供一种能够防止锂离子电池正极活性物在充放电过程中与电解液发生副反应，降低活性物粒子之间的接触电阻，从而提高电池循环性能的经表面处理的锂离子电池活性物及其制备方法。

本发明人为了达到上述课题经过深入研究，结果发现通过采用同时含有两个以上伯胺和一个以上仲胺的具有胺基结构的化合物对锂离子电池正极活性物的表面进行正电化处理能够解决上述课题。

具体而言，本发明人发现作为正离子化处理中，效果最佳的是具有胺基结构的表面处理剂，其中以伯胺和仲胺的正电性更强。此类化合物可以与正极活性物的表面形成稳定的静电作用，在正极活性物表面形成完整均匀的改性层。

本发明中，所述正极活性物没有特别限定，优选为锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料等。经过表面改性使所述正极活性物表面含有具有胺基结构的化合物，正极活性物表面呈现电中性至正电性，有利于后续对活性物的进一步表面处理。